Баротропное явление (от греч. baros - тяжесть н tropos - направление, поворот, образ, характер) - состоит в том, что в двух- и многокомпонентных системах жидкость - жидкость или жидкость - газ при больших давлениях и определенных температуpax в поле тяготения сосуществующие фазы меняются местами: находящаяся сверху, менее плотная при обычных условиях фаза становится тяжёлой и опускается вниз. Баротропное явление вызывается различием сжимаемости компонентов и перераспределением концентраций в граничащих фазах; при увеличении давления фаза, содержащая компонент с большей молекулярной массой, становится тяжелее и тонет в другой фазе.
Впервые Баротропное явление наблюдал X. Камерлинг-Оннес (H. Kamerlingh-Onnes) в системе водород (жидкость) - гелий (газ): при температуре 20,1 К и давлении 49 атм газовая фаза опускалась под жидкую. Б. я. обнаружено в системах аммиак - азот (при температуре 180 К и давлении 1800 атм), аммиак - азот - водород (при давлении 3500-3700 атм и температуре 170 К), в трёхфазных системах с двумя жидкими и одной газовой фазами (метанол - толуол, ацетон - анилин) и др.
2) На высоте 
100 км
rончается область молекулярного перемешивания, и выше каждый газ с массой
молекулы или атома 
распределён по баротропным явлениям независимо от других составляющих со своей
шкалой высот 
(область
диффузионно-гравитац. разделения). Поэтому концентрация более тяжёлых газов
уменьшается с высотой быстрее, чем более лёгких. К высоте 200 км преобладание
молекулярного азота сменяется преобладанием атомного кислорода, выше 1000 км
его сменяет гелий, а выше 5000 км преобладает водород.
3) Аналогичная картина наблюдается и для заряженных частиц, однако, в отличие от нейтральных частиц, распределение с высотой любого заряженного компонента не является независимым от других, так что для j-го иона в баротропной формуле шкала высот имеет вид
. (2)
Поскольку для однокомпонентного газа 
, то на больших высотах концентрация ионов с массой
уменьшается с высотой как
концентрация нейтральных частиц с 
,
т. е. в два раза более лёгких. Ниже нек-рого уровня в смеси ионов для наиб.
лёгкого иона, для к-рого наступает условие 
,
концентрация с уменьшением высоты h не растёт, а уменьшается.
При средних условиях для ионов 
это происходит ниже 1500-2000 км.
Другая причина нарушения на малых высотах баротропной формуле для ионов и других нестабильных компонентов атмосферы (образующихся под действием КВ-излучения Солнца и др. источников) - их уничтожения в результате процессов рекомбинации или столкновений со стабильными компонентами (см. Аэрономия)
4)Баротропная формула для газов и ионов справедлива
до больших высот. Объяснение этого следует из кинетич. теории газов для максвелловского
распределения частиц по скоростям и энергиям в поле силы тяжести. Эти условия
нарушаются лишь в экзосфере на больших высотах (более 500 км) для части лёгких
частиц 
с очень
высокими скоростями (для т. н. убегающих частиц). При наличии вертик. движений
с большими скоростями (полярный ветер) требуется дополнит. уточнение н обобщение
формул (1) и (2).
В метеорологии Баротропная формула пользуются для
определения высот в стандартной атмосфере, для градуировки барометров, для определения
перепада высот и нивелирования, при этом для повышения точности учитываются
влажность воздуха, температурный коэфф. объёмного расширения, зависимость g от широты.
Г. С. Иванов-Холодный
|
|
 |
