8.1.3. Единицы температуры

Связь единиц температуры, измеряемых при помощи различных шкал, имеет вид:

⁰ C = К  273,15;

К = ⁰C + 273,15; (8.1)

⁰C = 5/9(⁰F  32);

⁰F = 9/5⁰C + 32.

Андерс ЦЕЛЬСИЙ (17011744) Шведский астроном и физик. Предложил (1742 г.) температурную шкалу (Цельсия).

Габриель ФАРЕНГЕЙТ (16861736) Немецкий физик и инженер. Работал в Англии и Голландии. Разработал спиртовой (1709) и ртутный (1714) термометры. Предложил температурную шкалу, названную в дальнейшем его именем.

Уильям ТОМСОН (Лорд КЕЛЬВИН) (18241907) Английский физик и инженер, известный своими работами в области теории электрических и магнитных явлений, термодинамики. Разработал шкалу Кельвина и ввел понятие абсолютной температуры. Дал одно из определений второго закона термодинамики. Открыл ряд эффектов (в том числе эффект ДжоуляТомсона).

8.1.4. Температура атмосферы

Тепловым режимом атмосферы называют характер распределения и изменения температуры в атмосфере. Перенос тепла между поверхностью Земли и атмосферой осуществляется за счет таких путей теплоотдачи: тепловая конвекция, турбулентность, молекулярная теплопроводность и теплоизлучение. Самыми важными являются турбулентность и тепловая конвекция. Существенно влияет на распределение температуры приземного воздуха растительный покров.

По характеру изменения температуры с высотой атмосфера делится на тропосферу (220 К), стратосферу (260 К), мезосферу (180 К), термосферу и экзосферу (2000 К). Распределение температуры атмосферы с высотой приведено на рис. 8.3.

Рис. 8.3. Распределение температуры атмосферы

Солнце можно сравнить с абсолютно черным телом, температура которого равна 6000 К. Спектральная область солнечного излучения составляет 2005000 нм; максимум излучения приходится на 500 нм.

Земная поверхность действует как абсолютно черное тело с температурой 288 К. Спектральная область излучения составляет 450 мкм с максимумом 10 мкм (рис. 8.4).

Рис. 8.4. Спектры излучения: 1 – Солнца; 2 – Земной поверхности (по оси ординат – Р, Вт/м2·мкм; по оси абсцисс – λ, мкм)

Термин тропосфера происходит от греческого слова tropos, означающего “смешивать”. В этом слое высотой около 10 км происходит вертикальное перемешивание воздуха благодаря нагреванию земной поверхности коротковолновым солнечным излучением. Молекулы двуокиси углерода СО₂, метана СH₄, закиси азота N₂O и других газов поглощают длинноволновое излучение земной поверхности и нагреваются. В тропосфере температура спадает с высотой за счет перемещения воздуха в горизонтальном направлении.

Стратосфера занимает область 1050 км. Ультрафиолетовая компонента солнечного излучения в состоянии расщепить молекулу кислорода О₂ на синглетный кислород О, взаимодействующий с О₂ и образующий О₃. Температура стратосферы увеличивается с высотой. В температурном режиме стратосферы играет роль озон О₃, который поглощает коротковолновое солнечное излучение, вызывающее нагревание стратосферы. Озоновый слой занимает область высот 1050 км с максимумом на высоте 2025 км. Температура стратосферы зависит от плотности озона – там, где она выше, температура больше.

В мезосфере (от греческого mesos  средний), занимающей область высот 5085 км, температура уменьшается с высотой, поскольку здесь осуществляется существннное перемешивание воздуха за счет ветра, скорость которого достигает 150 м/с.

В термосфере (от греческого thermos  теплота), в области 85640 км и экзосфере (от греческого еxo  снаружи), в области 5001000 км температура возрастает с высотой за счет высокой кинетической энергии молекул газов, что обуславливается поглощением высокоэнергетического солнечного излучения остатками кислорода. Температура частиц термосферы может достигать 2000 ⁰С, хотя там имеет место высокая разряженность воздуха. Ультрафиолетовое солнечное излучение вызывает ионизацию молекул (ионосфера). Высокая энергия частиц дает возможность покинуть атмосферу.