Баротропное явление. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

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

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.

Литература по баротропным явлениям

Знаете ли Вы, что такое "усталость света"?
Усталость света, анг. tired light - это явление потери энергии квантом электромагнитного излучения при прохождении космических расстояний, то же самое, что эффект красного смещения спектра далеких галактик, обнаруженный Эдвином Хабблом в 1926 г.
На самом деле кванты света, проходя миллиарды световых лет, отдают свою энергию эфиру, "пустому пространству", так как он является реальной физической средой - носителем электромагнитных колебаний с ненулевой вязкостью или трением, и, следовательно, колебания в этой среде должны затухать с расходом энергии на трение. Трение это чрезвычайно мало, а потому эффект "старения света" или "красное смещение Хаббла" обнаруживается лишь на межгалактических расстояниях.
Таким образом, свет далеких звезд не суммируется со светом ближних. Далекие звезды становятся красными, а совсем далекие уходят в радиодиапазон и перестают быть видимыми вообще. Это реально наблюдаемое явление астрономии глубокого космоса. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.