空气压力和温度之间的关系是什么?

Question

我试图调和一个悖论对空气压力和温度。

一方面,压缩空气加热,在扩大它冷却。所以密度和温度是成比例的。

另一方面,热空气在大气中是一个低压系统和寒冷的空气是一个高压系统。所以密度和温度成反比。

我失踪为了调和这两个吗?

Answer 1

或者其他的数学答案有点复杂,广义上说,平衡关系:$ $ \压裂{\ mathrm{密度}\ cdot \ mathrm{温度}}{\ mathrm{压力}}= \ mathrm{常数}$ $

压缩,这很简单:更高的压力更高的密度和温度。

在大气中,平衡仍在延续。但可以有温暖的高点,温暖的低点,冷高点,冷低点,这取决于密度分布。

等领域的形成极端的压力与大气的三维结构密切相连……大气压力(基本上)上方空气的重量……垂直运动主要是受浮力(周围空气的密度比空气)……和部队在远处诱导空气运动风的梯度有关压力和其他部队)。

也就是说所有的有很多互动,允许丰富多样的pressure-temperature-density余额,这些系统的三维结构,以及由此产生的风、降水等。一种热力学看起来的焦点在各种各样的控制过程这可能导致不同的结果。

但最终,平衡ρ,P,和T气体是重要的,你被忽视的因素密度和压力不是一回事。似乎多少\对气体施加压力是一样的压缩空气的质量如何是……但它不是…气体中的分子移动速度(温度)是第三个因素,还有方法,任何两个可以改变,或所有三个变化同时,但整体平衡依然存在。

Answer 2

理想气体的绝热压缩和扩张过程,即熵$ \ rm (P \ρ^{- \伽马})=美元const,在那里\伽马美元绝热是常数。
您可以使用理想气体关闭重新排列这关系美元\ rm P = \ρkT / \μ美元找到美元\ rm (T \ρ^{1 - \伽马})= const。美元本质上是你给之前的声明,压缩气体温度(因为$ \伽马> 1美元现实的气体)如果他们的熵保持不变。

大气中的空气但是没有熵不变,因此它的T(\ρ)美元行为不同于绝热。相反,它遵循一个力平衡,即静压法美元\部分P / \部分r = - g (r) \ρ(r)美元和$ g (r) =通用/ r ^ 2美元。这是生成的密度结构$ \ρ(r) = \ rho_0 \ * \ exp (- h(\压裂{1}{r} - \压裂{1}{r_0})) $大气密度标高H = kT /通用\μ美元数量和索引0表示密度和表面半径。
现在我们只需要联系起来\ rho_0美元其他已知的数量,我们可以做当假设大气的整体质量rm M_ $ \{大气层}$包含在一个规模高度的大气层,然后我们得到了什么rm M_ $ \{大气层}= 4 \π\ rho_0 H R_0 ^ 2美元。
一个马上看到美元\ rm \ rho_0 \ sim 1美元/ H \ sim 1 / T。这表明寒冷的气氛(小H),地上的密度必须更大,当力平衡后而不是熵守恒。

短,less-mathy简介:

压缩气体自然升温。如果没有发生与环境交换热量,然后一段时间后,我们可以扩大气体,冷却它回到相同的初始温度。
这就是所谓的绝热过程,热力学的核心词汇。

如果我们允许传热过程,即我们允许气体交换能源与环境,那么它的温度不能设定的绝热条件。相反,我们必须看看什么是作用于气体。
一颗行星的大气层是由它的引力,它是集的引力能不同的行为:引力场,必须压缩冷气体体积压缩,因为它没有足够的压力来抵抗重力。热气体可以扩大了行星的重力井。

这有点简单,当然也可以有绝热引力场气体,但在这个答案,我只会去那里如果有兴趣。