大气是如何扩大在各个方向如果地球引力是压低了大气?

Question

我们被教导,重力的力量使地球大气和所有其他的绑定。然而,可观察到的现实告诉我们,大气在各个方向扩展填充任何和所有可用的体积。这是一个可观察到的自然现象,可以观察到从大气中任何地方,任何时间,从地面到上层大气。我找个矛盾的观察和理解重力尤其是大气中上升和扩大在各个方向在地球表面的重力是声称是它最强大的是,接近地球质量的中心,同样重要的是,它仍然是扩大在各个方向上海拔最高。如果重力不能保持它在地球的表面,它怎么可能把它在任何更高的高度。

Answer 1

前面几个思想实验:

1. 在一个寒冷的一天,如果你呼吸空气不催促,尽管真空空间上面。为什么?这不仅仅是由于自身重力……但由于重力(重量)的所有气体上面往往保持整体压制。是的,这似乎蔓延向四面八方扩散,像气体一样当房间。但是有更多的来吧……
2. 但其他气体显示情况;如果你把干冰(二氧化碳美元),气体会下沉。这是因为它的重。尽管是一个气体和试图填补空闲空间。所以重力(和其他气体)。这指出了大气的工作方式。低层大气实际上是一个相对自由的地方周围气体混合更多,因为更多的能量。但是当你上升高,气体开始分层。这就是气体有质量/体积(密度)开始举行持续降低。所以每个往往开始形成一个水平。(我们说的方式,远高于商业飞机)的高度。 At highest levels, you find the lightest things like helium and hydrogen.

• 的二氧化碳美元运动是证据表明,重力是影响气体。但是当你呼出的空气,它类似于它周围的混合气体,并将更多的自由。

3. 还有另一种方法,使气体“轻”,而不是改变它的…温度。热气球是事情的一个例子是非常具体而不仅仅是传播。这是因为密度(同样,基本上是多么沉重的在一个给定的体积,所以很大程度上由于重力)。在热空气分子移动得更快,所以它更分散,因此空间重量少,所以比空气轻,上升。(为什么你可能会注意到你的呼吸向上的确倾向于在一个寒冷的一天,同样的从火灾/工业烟囱,因为它们比环境温度高)然而,空气密度较低时,它仍然达到水平,停止上升。所以剩下的仍然是冷和密度较低。有真正重要的气体上升,下降,空气变得更少致密(基本上意味着气体会低于它,因为它重量超过上述气体)的大部分空气风是在低水平,因为它是压在上方的空气。即使在“混合”低大气(在飞机或高山上,耳朵流行)。更高,更意味着更少的总气体。
   (值得注意的是,上升空气膨胀上升,增加的空间填满,,但是当它扩展它消耗能量,冷却……所以停止上升)

所以不轻的气体,气体在大气层的顶端,就离开?

答案仍然倾向于不…因为它仍有一些重量。(没有什么剩余压力推动它向空间因为那些大气的气体数量已经达到非常稀疏(=非常低的压力)。各级都有逃逸速度……基本上所需的能量来克服(剩余)引力和达到空间之前,减缓从重力太多。这个演示文稿显示为我们最常见的气体,分子很少达到这一速度。氢和氦,达到价值有点多,但仍然非常低比例的分子,这意味着它需要很长时间。但是是的,最轻的气体做设法逃脱,在某种程度上,这是因为他们是蜿蜒的填充空间,不受重力大于较重的分子,主要是空气。

其他一些重要的笔记,你的问题:

• 重力是对于大多数意图相同的各级的氛围,因为大气层和地球相比太小。这个Quora的问题显示基本上4%的表面和大气之间的重力差,和9%的国际空间站。所以没有太大的区别重力低和高。

• 那么轻气体和积极分子逃脱。,气体打火机的上升。为什么没有一吨的疯狂运动?因为随着时间的推移,地球大气达到均衡的分布……在气体趋势移动到一个地步浮力(下面推高的气体分子)和压力梯度对空间平衡的重量每一层……流体静力学平衡其他答案。少高气体落定,更多的天然气低安顿下来,直到力量平衡。

• 当你释放气体时,你很可能会释放气体,以前在那里。所以在某种意义上,它扩大到填满空间,一旦之前了。当然你将非常小的分数的气体。但你可以想象,如果你释放了大量的“新”气体(来自外星的来源,或化学反应的物质之前绑在其他物质的状态),你会增加更多的气体,并将整体趋于增长占用空间的气体量,会导致大气变化的大小。这将导致更多的天然气开始逃到空间,通过一个高的氛围。(如果你加热地球同样显著)

但回到你的问题:

我找个矛盾的观察和理解重力尤其是大气中上升和扩大在各个方向在地球表面的重力是声称是它最强大的是,接近地球质量的中心,同样重要的是,它仍然是扩大在各个方向上海拔最高。

它可能会出现在各个方向扩张。但它实际上是相当有限的。也许有点像当你如何激起沉积物在水里,它似乎是朝着四面八方…但随着时间的推移,它会受到重力和沉下来。和大多数的天然气将会回到大气的较低水平,因为重力。如果你释放空气大气中在高海拔(匹配温度)的热电离层多是“解决分开”,它会下沉更明显(像二氧化碳一样在我们的低层大气),更生动地展示了重力抵消气体离开。

Answer 2

地球的大气层是一个,因为它是或多或少在流体静力学平衡,在向上的压力将浮标要不是引力与地球的引力平衡力,否则将大气下行。

Answer 3

然而,可观察到的现实告诉我们,大气在各个方向扩展填充任何和所有可用的体积

非常接近测量将在重力的存在表明,气体不填充体积均匀。密度将略高于底部比顶部。只是在日常情况下不容易观察到的差异。

然而,在整个深度的大气密度变化从我们观察到在地球表面任意高和趋于0上升。但它从来没有真正达到零无论多远你上升(尽管一个将达到一个高度,其他影响比如太阳风将压倒任何可测量的大气)。

虽然大气中绑定到地球上,占据了所有的外太空;没有真正的“顶级”氛围。为我们自己的目的我们定义各种界限大气和空间,但这些定义是任意的。

的确从来没有真正达到零密度,是任何行星的大气的影响会慢慢流失。

Answer 4

径向方向(向上),气氛非常接近流体静力平衡,只允许非常小的波动速度(马赫数< 0.1%)。
在水平方向上大气中有更大的自由运动,主要受到科氏力和离心力在大尺度上的平衡,从而导致风速马赫数5 - 10%。还小的马赫数,气氛会离开任何压力的平衡。

这仅仅亚音速流动的气体质量转移,没有净扩张大气层进入太空,通过径向超音速,才会发生或close-to-sonic扩张(所谓的行星风)。因此,俗话在科学界,所有运动在大气中只是一个小扰动的一个更大的平衡。

Answer 5

答案很简单,它不上升,扩大向四面八方扩散。在家里还是外面,空气一般不扩大或收缩,而且,总的来说,既不增加也不下沉。考虑当你吹一个气球。如果里面的空气不断扩大,然后气球变大甚至密封后,直到它到达该断点。

当然,也有上升气流和下降气流。但他们平衡。

当然,如果泵空气室,然后打开阀门,让空气进来吧,它将扩大在室,直到填满所有可用的空间。但这正是因为重力的空气无处不在,空腔是一个地方的空气去“让开”的周围的空气被按下空气的重量。

你会说,“可观测的现实告诉我们,大气在各个方向扩展填充任何和所有可用的体积。”但most available volume has already been filled, and once that happens, it stops expanding. It doesn't all just expand out into space and disappear.

Answer 6

在同一温度和密度空气释放到空气(仍然)在同一压力将导致扩散;这是一个交换单个分子的分子很少在一走远反射其他分子。扩散是分子的能量运动的结果及其统计随机性——没有特定的方向。混合物会同质化和跟踪单个分子将显示一个扩张直到达到同质性——intevene或其他因素。气氛还没有风和湍流混合和分散在更长的距离。

空气释放到真空将扩大在各个方向,因为空气压力,这是由于这一充满活力的运动的分子和与其它分子之间的碰撞——体现能量是守恒的,不会随着时间而消失,但每个分子也受到重力的影响,所以地球上的空气释放到一个真空室不是同样在各个方向扩张。压力梯度,从上方空气的质量+重力——将存在,即使很小的海拔差异室将意味着需要非常精确的测量来检测它。

逃到太空气体分子需要一个自由程(没有其他分子的方式)和足够的但气体分子平均旅行速度比地球的逃逸速度更慢,设法逃到空间相对较少。

那里是一个免费的路径(上图最大气的)也冷,与平均速度慢。

定居在地上气体分子的能量运动,防止其压缩慢很多,即它必须摆脱能源和冷却,最终液体和固体。

分子平均不够快(即足够热)达到空间和太快(不够冷)定居在地上。间举行,处于平衡状态。

Answer 7

重力对气体分子的影响太小,注意在小实验室尺度

你观察到在一个小实验室规模并不代表你观察大规模。但也有其他的观察,提示的小规模实验在实验室气体释放“充满空间”不告诉我们一切。例如,大气压力珠穆朗玛峰的顶端小于1/3海平面的价值。所以,大规模,气体显然不“填补空间”。

但为什么两个实验之间的差距呢?考虑一个气体分子在空气中。大大简化,移动平均速度大约500 m / s。如果它是一个孤立的球直接向上移动,它会在重力加速度下,停止运动在30公里。

但还有很多其他因素影响它的运动在实验室的氛围。一个典型的空气分子的平均自由程(氮气或氧气)在实验室条件下是< 100海里。所以的可能性运动测量引力的影响,即使在纯扩散控制的条件下,相当,低得令人难以置信。这忽略了湍流(天气)彻底混合低层大气更难看到任何引力效应(例如,这将导致密集的分子被更普遍降低大气中)。事实上的分离组件是难以察觉的因为这个原因珠穆朗玛峰的顶端。平衡效应平衡的动能与重力粒子运动的影响表现为低海拔较高的压力。

所以简单的物理原因,重力做有影响但这么小的一个尺度的公里才会显现。如果你有一个真空管一两千米高,气体释放到它,你会看到一个更低的顶部与底部的压力。气体会不均匀地填充管扩张。大多数实验室都不高,效果不明显的实验室规模的。但可以看到容易如果你旅行一幢高楼或适度的山而举行的晴雨表。

Answer 8

让我们来看看一个立方体的空气atmosphere-say 1 m×1 m×1米大的立方体。

力在地球的引力造成的,立方体是立方体向地球直接向下拉,还有另一个计数器,力量,并把立方体远离地球。这反作用力是由空气中的压力低于立方体如果高于空气的压力略高于立方体,因为压力稳步减少大气中越高你得到的。

立方体,下面的空气的压力时的面积乘以的多维数据集,直接向下(也就是1 m×1米或1 m²),造成一种向上的力量,多维数据集,有效地将立方体远离地球。

现在,这个力远远大于引起的重力,但是也有相应的向下的力造成的空气的压力略高于立方体,有效推动立方体向下,向上是一样伟大的力量从空气的压力略低于多维数据集。所以发生,力引起的压力之和立方体,上方的空气和引起的重力等于力由压力引起的空气在多维数据集。所以,多维数据集上的合力为零,这就是为什么空气不仅下降到地球表面。

我忽略了立方体上的部队造成的压力空气的四个面在水平方向,因为压力是对称的,因此这些力量相互抵消。

或者,至少这是在理想的场景中。在现实中,你有压力波动使合力偏离略高于零。这反过来情况下加速,因此运动的空气,我们称之为“风”。