Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?


Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника






Фазовые переходы воды в атмосфере





Вещества могут находиться в трех агрегатных состояниях газообразном, жидком и кристаллическом (твердом). Однако, агрегатное состояние не характеризует полностью состояние вещества. Например, некоторые вещества имеют несколько кристаллических решеток (см. пособие по твердому телу). Чтобы иметь возможность различать большое разнообразие различных состояний вещества вводится более широкое понятие - фаза.

Фаза - термодинамически равновесное состояние вещества, отличающееся по физическим свойствам от других возможных равновесных состояний (фаз). Под

фазовым переходом подразумевается переход вещества из одного состоянии. Испарение - это процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное (пар). В этом процессе происходит вырывание атомов или молекул из жидкости. В жидком состоянии атомы или молекулы вещества располагаются достаточно близко друг к другу, потенциальная энергия их взаимодействия отрицательна

Фазовые переходы

2.1 Понятие фазы

Фамзовый перехомд (фазовое превращение) в термодинамике -- переход вещества из одной термодинамической фазы в другую при изменении внешних условий. С точки зрения движения системы по фазовой диаграмме при изменении её интенсивных параметров (температуры, давления и т. п.), фазовый переход происходит, когда система пересекает линию, разделяющую две фазы. Поскольку разные термодинамические фазы описываются различными уравнениями состояния, всегда можно найти величину, которая скачкообразно меняется при фазовом переходе.

Поскольку разделение на термодинамические фазы -- более мелкая классификация состояний, чем разделение по агрегатным состояниям вещества, то далеко не каждый фазовый переход сопровождается сменой агрегатного состояния. Однако любая смена агрегатного состояния есть фазовый переход.

Наиболее часто рассматриваются фазовые переходы при изменении температуры, но при постоянном давлении (как правило равном 1 атмосфере). Именно поэтому часто употребляют термины «точка» (а не линия) фазового перехода, температура плавления и т. д. Разумеется, фазовый переход может происходить и при изменении давления, и при постоянных температуре и давлении, но при изменении концентрации компонентов (например, появление кристалликов соли в растворе, который достиг насыщения)

Классификация фазовых переходов

При фазовом переходе первого рода скачкообразно изменяются самые главные, первичные экстенсивные параметры: удельный объём, количество запасённой внутренней энергии, концентрация компонентов и т. п. (скачкообразное изменение этих величин при изменении температуры, давления и т. п., а не скачкообразное изменение во времени).

Наиболее распространённые примеры фазовых переходов первого рода:

плавление и кристаллизация

испарение и конденсация

сублимация и десублимация

При фазовом переходе второго рода плотность и внутренняя энергия не меняются, так что невооружённым глазом такой фазовый переход может быть незаметен. Скачок же испытывают их производные по температуре и давлению: теплоёмкость, коэффициент теплового расширения, различные восприимчивости и т. д.

Фазовые переходы второго рода происходят в тех случаях, когда меняется симметрия строения вещества (симметрия может полностью исчезнуть или понизиться). Описание фазового перехода второго рода как следствие изменения симметрии даётся теорией Ландау. В настоящее время принято говорить не об изменении симметрии, но о появлении в точке перехода параметра порядка, равного нулю в менее упорядоченной фазе и изменяющегося от нуля (в точке перехода) до ненулевых значений в более упорядоченной фазе.

Наиболее распространённые примеры фазовых переходов второго рода:

-прохождение системы через критическую точку

-переход парамагнетик-ферромагнетик или парамагнетик-антиферромагнетик (параметр -порядка -- намагниченность)

-переход металлов и сплавов в состояние сверхпроводимости (параметр порядка -- -плотность сверхпроводящего конденсата)

-переход жидкого гелия в сверхтекучее состояние (п.п. -- плотность сверхтекучей компоненты)

-переход аморфных материалов в стеклообразное состояние

Современная физика исследует также системы, обладающие фазовыми переходами третьего или более высокого рода.

В последнее время широкое распространение получило понятие квантовый фазовый переход, т.е. фазовый переход, управляемый не классическими тепловыми флуктуациями, а квантовыми, которые существуют даже при абсолютном нуле температур, где классический фазовый переход не может реализоваться вследствие теоремы Нернста.

2.3 Динамика фазовых переходов

Под скачкообразным изменением свойств вещества имеется в виду скачок при изменении температуры и давления. В реальности же, воздействуя на систему, мы изменяем не эти величины, а её объем и её полную внутреннюю энергию. Это изменение всегда происходит с какой-то конечной скоростью, а значит, что для того, чтобы «покрыть» весь разрыв в плотности или удельной внутренней энергии, нам требуется некоторое конечное время. В течение этого времени фазовый переход происходит не сразу во всём объёме вещества, а постепенно. При этом в случае фазового перехода первого рода выделяется (или забирается) определённое количество энергии, которая называется теплотой фазового перехода. Для того, чтобы фазовый переход не останавливался, требуется непрерывно отводить (или подводить) это тепло, либо компенсировать его совершением работы над системой.

В результате, в течение этого времени точка на фазовой диаграмме, описывающая систему, «замирает» (т.е. давление и температура остаются постоянными) до полного завершения процесса.

3 Применение технологий на основе газовых законов в сельском хозяйстве

3.1 Фильтрация технологических сред в пищевой промышленности: воздух, пар, углекислота

В производстве пищевой продукции на разных стадиях применяются самые разнообразные технологические среды, которые условно можно разделить по агрегатному состоянию на жидкости и газы. Из газов используют сжатый воздух, пар, азот и углекислоту.

Требования к качеству воздуха, предъявляемые на каждом конкретном предприятии вытекают из неприятностей, которые приносит неочищенный воздух.

Конденсатом вымывается масло из пневмоинструментов

Механические примеси, содержащиеся в сжатом воздухе, сокращают срок службы пневмооборудования.

В зимнее время конденсат замерзает в трубопроводе, и ледяные пробки перекрывают подачу сжатого воздуха, если, конечно, труба при этом остается целой.

Если на предприятии изготавливаются ПЭТ-бутылки, конденсат, компрессорное масло, содержащееся в конденсате, ржавчина из трубопровода не способствуют улучшению качества бутылок.

Гидроудары, возникающие при движении пробок конденсата через пневмораспределительные системы и

пневмооборудование также разрушают их и сокращают срок службы пневмооборудования.

Из-за эрозии и коррозии разрушаются внутренние поверхности трубопроводов, клапанов и соединений.

Потоком воды захватываются грязевые отложения, которыми засоряются запорно-регулирующая арматура и оборудование.

Влажный воздух является благоприятной средой для роста бактерий, которые накапливаются в оборудовании и трубопроводах, что может привести к загрязнению конечного продукта.

Соответственно, качественный воздух должен содержать как можно меньше, а ещё лучше, не содержать совсем:

влаги (в виде капель)

механических частиц (ржавчина, пыль из атмосферы, продукты разрушения прокладочных материалов).

Облака

Облака́ — взвешенные в атмосфере продукты конденсации водяного пара, видимые на небе с поверхности земли.

Облака состоят из мельчайших капель воды и/или кристаллов льда (называемых облачными элементами). Капельные облачные элементы наблюдаются при температуре воздуха в облаке выше −10 °C; от −10 до −15 °C облака имеют смешанный состав (капли и кристаллы), а при температуре в облаке ниже −15 °C — кристаллические.

При укрупнении облачных элементов и возрастании их скорости падения, они выпадают из облаков в виде осадков. Как правило, осадки выпадают из облаков, которые хотя бы в некотором слое имеют смешанный состав (кучево-дождевые, слоисто-дождевые, высоко-слоистые). Слабые моросящие осадки (в виде мороси, снежных зёрен или слабого мелкого снега) могут выпадать из однородных по составу облаков (капельных или кристаллических) — слоистых, слоисто-кучевых.

Кроме всего прочего, облака — известный лирический образ, используемый многими поэтами (Державин, Пушкин) в своих произведениях, писатели часто обращаются к этому образу, если требуется описать нечто высокое, мягкое или недосягаемое. Они ассоциируются с покоем, мягкостью и безмятежностью. Облака часто олицетворяют, придавая им мягкие черты характера.

Обычно облака наблюдаются в тропосфере. Тропосферные облака подразделяются на виды, разновидности и по дополнительным признакам в соответствии с международной классификацией облаков. Изредка наблюдаются другие виды облаков: перламутровые облака (на высоте 20-25 км) и серебристые облака (на высоте 70-80 км).

Состоят из отдельных перистообразных элементов в виде тонких белых нитей или белых (или в большей части белых) клочьев и вытянутых гряд. Имеют волокнистую структуру и/или шелковистый блеск. Наблюдаются в верхней тропосфере, иногда на высотах тропопаузы или непосредственно под нею (в средних широтах их основания чаще всего лежат на высотах 6-8 км, в тропических от 6 до 18 км, в полярных от 3 до 8 км). Видимость внутри облака — 150—500 м. Построены из ледяных кристаллов, достаточно крупных для того, чтобы иметь заметную скорость падения; поэтому они имеют значительное вертикальное протяжение (от сотен метров до нескольких километров). Однако сдвиг ветра и различия в размерах кристаллов приводят к тому, что нити перистых облаков скошены и искривлены. Хорошо выраженных явлений гало перистые облака обычно не дают вследствие своей расчленённости и малости отдельных облачных образований. Данные облака характерны для переднего края облачной системы теплого фронта или фронта окклюзии, связанной с восходящим скольжением. Они часто развиваются также в антициклонической обстановке, иногда являются частями или остатками ледяных вершин (наковален) кучево-дождевых облаков.

Иногда к этому роду облаков, наряду с описанными облаками, относят также перисто-слоистые и перисто-кучевые облака.

Перисто-кучевые (Cirrocumulus, Cc)

Их часто называют «барашки». Очень высокие небольшие шаровидные облака, вытянутые в линии. Похожи на спины скумбрий или рябь на прибрежном песке. Высота нижней границы — 6-8 км, вертикальная протяжённость — до 1 км, видимость внутри — 5,5-10 км. Являются признаком повышения температуры. Нередко наблюдаются вместе с перистыми или перисто-слоистыми облаками. Часто являются предшественниками шторма. При этих облаках наблюдается т. н. «иридизация» — радужное окрашивание края облаков.

Парусоподобные облака верхнего яруса, состоящие из кристалликов льда. Имеют вид однородной, белесоватой пелены. Высота нижней кромки — 6-8 км, вертикальная протяжённость колеблется от нескольких сотен метров до нескольких километров (2-6 и более), видимость внутри облака — 50-200 м. Перисто-слоистые облака относительно прозрачны, так что солнце или луна могут быть отчётливо видны сквозь них. Эти облака верхнего яруса обычно образуются когда обширные пласты воздуха поднимаются вверх за счёт многоуровневой конвергенции.

Перисто-слоистые облака характеризуются тем, что часто дают явления гало вокруг солнца или луны. Гало являются результатом преломления света кристаллами льда, из которых состоит облако. Перисто-слоистые облака, однако, имеют склонность уплотняться при приближении тёплого фронта, что означает увеличение образования кристаллов льда. Вследствие этого гало постепенно исчезает, и солнце (или луна) становятся менее заметными.

Формирование высоко-кучевых облаков

Высоко-кучевые облака (Altocumulus, Ac) — типичная облачность для теплого сезона. Серые, белые, или синеватого цвета облака в виде волн и гряд, состоящих из хлопьев и пластин, разделённых просветами. Высота нижней границы — 2-6 км, вертикальная протяжённость — до нескольких сотен метров, видимость внутри облака — 50-80 м. Располагаются, как правило, над местами, обращёнными к солнцу. Иногда достигают стадии мощных кучевых облаков. Высоко-кучевые облака обычно возникают в результате поднятия теплых воздушных масс, а также при наступлении холодного фронта, который вытесняет теплый воздух вверх. Поэтому наличие высоко-кучевых облаков теплым и влажным летним утром предвещает скорое появление грозовых облаков или перемену погоды.

Высоко-слоистые (Altostratus, As)

Имеют вид однородной или слабовыраженной волнистой пелены серого или синеватого цвета, Солнце и Луна, обычно, просвечивают, но слабо. Высота нижней границы — 3-5 км, вертикальная протяжённость — 1-4 км, видимость в облаках — 25-40 м. Эти облака состоят из ледяных кристаллов, переохлажденных капель воды и снежинок. Высоко-слоистые облака могут приносить обложной дождь или снег

Высоко-слоистые просвечивающие облака. Волнистая структура облака заметна, солнечный круг солнца вполне различим. На земле иногда могут возникать вполне различимые тени. Отчётливо видны полосы. Пелена облаков, как правило, постепенно закрывает всё небо. Высота основания — в пределах 3-5 км, толщина слоя облаков As trans в среднем около 1 км, изредка до 2 км. Осадки выпадают, но в низких и средних широтах летом редко достигают земли.

Слоистые облака образуют однородный слой, сходный с туманом, но расположенный на некоторой высоте (чаще всего от 100 до 400 м, иногда 30-90 м). Обычно они закрывают всё небо, но иногда могут наблюдаться в виде разорванных облачных масс. Нижний край этих облаков может опускаться очень низко; иногда они сливаются с наземным туманом. Толщина их невелика — десятки и сотни метров. Иногда из этих облаков выпадают осадки, чаще всего в виде снежных зёрен или мороси.

Серые облака, состоящие из крупных гряд, волн, пластин, разделенных просветами или сливающимися в сплошной серый волнистый покров. Состоят преимущественно из капель воды. Высота нижней границы обычно в пределах от 500 до 1800 м. Толщина слоя от 200 до 800 м. Солнце и луна могут просвечивать только сквозь тонкие края облаков. Осадки, как правило, не выпадают. Из слоисто-кучевых не просвечивающих облаков могут выпадать слабые непродолжительные осадки.

Кучевые облака — плотные, днём ярко-белые облака со значительным вертикальным развитием. Высота нижней границы обычно от 800 до 1500 м, иногда 2—3 км и более. Толщина 1-2 км, иногда 3-5 км. Верхние части кучевых облаков имеют вид куполов или башен с округлыми очертаниями. Обычно кучевые облака возникают как облака конвекции в холодных или нейтральных воздушных массах.

Слоисто-дождевые облака тёмно-серые, в виде сплошного слоя. При осадках он кажется однородным, в перерывах между выпадением осадков заметна некая неоднородность и даже некоторая волнистость слоя. От слоистых облаков отличаются более тёмным и синеватым цветом, неоднородностью строения и наличием обложных осадков. Высота нижней границы — от 100 до 1900 м, толщина — до нескольких километров.

Кучево-дождевые — мощные и плотные облака с сильным вертикальным развитием (несколько километров, иногда до высоты 12—14 км), дающие обильные ливневые осадки с мощным градом и грозовыми явлениями. Кучево-дождевые облака развиваются из мощных кучевых облаков. Они могут образовывать линию, которая называется линией шквалов. Нижние уровни кучево-дождевых облаков состоят в основном из капелек воды, в то время как на более высоких уровнях, где температуры намного ниже 0 °C, преобладают кристаллики льда. Высота нижней границы обычно ниже 2000 м, то есть в нижнем ярусе тропосферы.

Серебристые облака формируются в верхних слоях атмосферы. Эти облака находятся на высоте приблизительно 80 км. Их можно наблюдать непосредственно после заката или перед восходом Солнца. Серебристые облака были обнаружены только в XX веке.

Перламутровые

Перламутровые облака образуются в небе на больших высотах (около 20-30 км) и состоящие, по-видимому, из кристалликов льда или переохлаждённых капель воды.

Вымеобразные

Вымеобразные или трубчатые облака — облака, основание которых имеет специфическую ячеистую или сумчатую форму. Встречаются редко, преимущественно в тропических широтах, и связаны с образованием тропических циклонов.

Лентикулярные

Лентикулярные (линзовидные) облака образуются на гребнях воздушных волн или между двумя слоями воздуха. Характерной особенностью этих облаков является то, что они не двигаются, сколь бы ни был силён ветер. Поток воздуха, проносящийся над земной поверхностью, обтекает препятствия, и при этом образуются воздушные волны. Обычно зависают с подветренной стороны горных хребтов, за хребтами и отдельными вершинами на высоте от двух до пятнадцати километров.

Пирокумулятивные

Пирокумулятивные облака или пирокумулюс — конвективные (кучевые или кучево-дождевые) облака, вызванные пожаром или вулканической активностью. Эти облака получили своё название оттого, что огонь создает конвективные восходящие потоки, которые по мере подъёма при достижении уровня конденсации приводят к образованию облаков — сначала кучевых, а при благоприятных условиях — и кучево-дождевых. В этом случае возможны грозы; удары молнии из этого облака тогда вызывают новые возгорания.

Осадки

вода в жидком или твёрдом состоянии, выпадающая из облаков или осаждающаяся из воздуха на земную поверхность. Осадки приносят на поверхность суши всю воду, участвующую в процессах водообмена (за исключением отдельных участков, куда вода поступает из подземных источников или по водотокам, – но и она ранее была принесена на сушу осадками). Подавляющая часть осадков (дождь, морось, снег, снежная и ледяная крупа, град, ледяной дождь и др.) выпадает из облаков. Непосредственно из воздуха выделяются роса, иней, твёрдый налёт, изморозь и др. Осадки измеряются в толщине слоя воды (обычно выраженной в миллиметрах), выпавшей в единицу времени. Для различных целей используются данные об осадках за час, сутки, месяц, год и т. д. Обычно сумму осадков за небольшой промежуток времени (с, мин, ч) называют также интенсивностью осадков. В ср. за год на Земле выпадает ок. 1000 мм, минимум в тропических пустынях (Атакама в Чили, некоторые р-ны Сахары и т. д.) – не более 10 мм в год (нередко в течение нескольких лет подряд осадков там не выпадает совсем) и максимум в муссонной области в предгорьях Гималаев (Черрапунджи) – в ср. ок. 11 тыс. мм в год (максимум осадков за год, выпавших там, составляет более 20 тыс. мм). Наибольшая зарегистрированная сумма осадков за сутки (1870 мм) выпала в виде дождя на о. Реюньон в Индийском океане в марте 1952 г. при прохождении тропического циклона. Избыток осадков за несколько часов или дней приводит к наводнениям, оползням, селям и другим бедствиям, а недостаток в течение нескольких недель или первых месяцев – к засухе.

При определенных условиях интенсивное укрупнение облачных элементов ведет к формированию столь крупных водяных капель и конгломераций ледяных кристаллов, что они не могут удерживаться в облачном воздухе и выпадают из него в виде осадков.

Вообще осадками являются вода в жидком или твердом состоянии, выпадающая из облаков или осаждающаяся из воздуха на земной поверхности и различных предметах.

Из облаков осадки выпадают в виде дождя, мороси, мокрого снега, снега, снежной и ледяной крупы, снежных зерен, ледяной дождь, ледяного дождя, града и ледяных игл.

На земной поверхности и находящихся на ней предметах при соприкосновении с ним туманов при положительных температурах образуется жидкий налет, а при отрицательных - изморось. Роса и иней так же относятся к осадкам, не смотря на то, что они образуются в результате конденсации исублимации водяного пара непосредственно на земной поверхности.

Основную массу осадков, выпадающих на земную поверхность, составляет вода, выпадающая в виде дождя и снега.

При метеорологических наблюдениях осадки характеризуются продолжительностью их выпадения и интенсивностью, а также количеством, выраженным в толщине слоя выпавшей воды. Обычно толщина слоя воды, выпадающей с осадками, выражается в миллиметрах: 1 мм слоя воды соответствует ее массе 1 кг, выпавшей на 1 м. Осадки в виде снега характеризуются еще толщиной слоя выпавшего снега.

Интенсивность осадков выражается в толщине слоя воды, выпадающей с осадками с осадками в единицу времени (мм/мин, мм/ч, мм/сут). Фото

Классификация осадков:

По физическим условиям образования осадки принято делить на три крупных генетических типа:

1. Обложные, фронтальные

2. Ливневые, внутримассовые

3. Моросящие

В зависимости от вида выпадающие осадки подразделяются на жидкие, твердые и смешанные. Обложные осадки формируются в облачных системах теплого и холодного фронтов и в системах облачности фронтов окклюзии. Они выпадают из слоисто-дождевых, высоко-солоистых и кучево-дождевых облаков. Наиболее продолжительные обложные осадки выпадают при прохождении фронтов окклюзии и теплого фронта. Обложные осадки продолжаются обычно в течение суток и более и охватывают огромные территории, порядка сотен тысяч квадратных километров. Практически на всех метеорологических станциях, находящихся на равнинной территории, отмечается примерно одно и тоже количество. Обложные осадки выпадают в виде дождя и снега и наблюдаются преимущественно в умереных и высоких широтах в любое время года.

Ливневые осадки возникают в основном вследствие развития внутримассовой конвекции в неустойчиво стратифицированных воздушных массах. Ливневые осадки образуются также в системах облачности холодных, а иногда и теплых фронтов. Для ливневых осадков характерна большая интнсивность и относительно небольшая продолжительность. Даже ливни, выпадающие из фронтальных кучево-дождевых облаков, продолжаются не более нескольких часов.

Исключение из вышесказанного относительно продолжительности ливневых осадков являются, выпадающие из кучево-дождевых облаков Внутритропической зоны конвергенции, а также при муссонах. Ливневые осадки этого типа продолжаются сутками и неделями, иногда ослабевая, а затем усиливаясь вновь.

Для внутримассовых ливневых осадков в умеренных широтах даже над равнинными территориями характерна очень большая пространственная неоднородность. Пространственная неоднородность ливневых осадков проявляется в как самом факте их выпадения, так и в интенсивности и количестве. Это обусловлено горизонтальными масштабами конвективных ячеек, формирующих кучево-дождевре облако, а также структурой кучево-дождевых облаков.

Максимальные размеры конвективных ячеек, иногда их называют "суперъячеек", редко превышает 100 км. В этих пределах линейных размеров и формируется пространственая неоднородность внутримассовых ливневых осадков.

Ливневые осадки в умеренных широтах выпадают в теплое время года, а в тропических широтах постоянно.

Ливневые осадки выпадают в виде дождя, снега, града, снежной крупы. Выпадение ливневых осадков характеризуется стремительным нарастанием их интенсивности в начале, большими колебаниями и резким прекращением.

Интенсивность ливневых осадков максимальна, в тропиках и субтропиках она может достигать 25-30 мм/мин.

Моросящие осадки выпадают в виде очень мелких капель, снежных зерен и мелкого снега. Они относятся к внутримассовым осадкам, иногда предшествуют прохождению теплого фронта, выпадая из высокослоистых облаков.

Моросящие осадки выпадают из слоистых или слоисто-кучевых облаков. Выпадающие из них капли, снежинки или ледяные кристаллы очень мелкие и скорость их падения настолько мала, что они кажутся взвешенными в воздухе.

Моросящие осадки образуются в устойчиво стратифицированных воздушных массах при их охлаждении до точки росы за счет радиационного выхолаживания, при смешении воздушных масс над участками земной поверхности, имеющими различную температуру, при адвекции теплого воздуха на холодную подстилающую поверхность. При этом образуется туман, т.е слоистые облака, нижняя граница которых совпадает с поверхностью, и из них выпадает морось. Моросящие осадки дают облака однородные по фазовому состоянию, т.е капельно жидкие или кристаллические. Укрупнение облачных элементов в них происходит за счет броуновского движения и гравитационной коагуляции. Этим они по своему физическому происхождению отличаются от ливневых, которые дают кучево-дождевые облака, где вода находится в трех фазовых состояниях: пар - вода - лед.

Date: 2015-08-24; view: 3416; Нарушение авторских прав; Помощь в написании работы --> СЮДА...



mydocx.ru - 2015-2024 year. (0.007 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию