Воронки в атмосфере
На полученных нами снимках из космоса видны вихри из облаков.
Что заставляет облака закручиваться в вихрь, в каком слое атмосферы это происходит, и вообще, откуда берутся облака?
Может быть появление облаков связано в самими вихрями?
Возьмёмся за исследование атмосферы с помощью Arduino, датчиков DHT-11 и bmp280, следим за влажностью воздуха, его температурой и давлением.
Почему-то датчику нужна температура, чтобы выдать значение влажности? Как-же это, ведь он просто должен её измерить?
Ладно, что же такое влажность – это влага в атмосфере, её количество – бойко отвечают ученики. Хорошо, это абсолютная влажность – количество молекул воды в кубике воздуха. (Там, кстати, ещё много других молекул, в основном
азота). Но иди попробуй сочти все эти молекулы!
Поступим так – будем сравнивать температуры двух термометров (спиртовых, например), один из которых обёрнут в марлю, погруженную концом в блюдце с водой. С марли испаряется вода, охлаждая второй термометр.
По разнице температур, по тому сколько молекул испарилось – можно судить о влажности воздуха вокруг.
Чем больше разница температур – меньше влажность.
А бывает ли максимальная влажность – да, когда нет разницы температур, вода с
марли уже не испаряется – в окружающем воздухе так много молекул воды, что он не вбирает их больше, напитался как губка.
В случае с нашим датчиком косвенно судить о количестве влаги можно, например если какой-нибудь материал изменяет свое сопротивление под действием влаги. Так, дерево и кожа человека уменьшают сопротивление электрическому току
при увеличении влажности.
Почему относительная и зачем температура?
При разной температуре воздух способен впитать в себя разное воличество влаги. При температуре 0 градусов (по Цельсию) воздух максимально вбирает 5 г воды в один кубометр. То есть, если при этой температуре мы нашли в этом
кубике молекул воды аж на 5 г – то влажность 100%. Если нашли только 2.5 г – то влажность 50%.
Интересно, что при минус 10 воздух может вместить только 2.5 г воды. То есть, если при минус 10 нашли 2.5 г – то влажность 100% при данной температуре.
А можно ли найти больше, спрашивают ученики?.
Что же будет, если охладить воздух? Молекулы воды, находящиеся в воздухе начнут летать с меньшими скоростями.
Если раньше они вели себя как теннисные мячики, ударяя друг друга и терпели удары со стороны молекул самого воздуха, то теперь ударов всё меньше и они не такие сильные. А молекулы воды – как маленькие магнитики – начинают
тяготеть, липнуть друг к другу, образуя туман и целые капли.
Воссоздать это атмосферное явление вы можете, вынув из холодильника банку варенья (если, конечно, вы любите варенье). Смотрите, она “запотела”. На банке выпала роса. Откуда взялась влага? Из воздуха, окружающего банку.
Посмотрите на воронку в ванне. Вода, уходя вниз, закручивается.
То же и в атмосфере. Воздушный поток, устремленный вниз, сверху (из космоса) виден как воронка (по часовой стрелке), при этом давление у земли растет из-за притока воздуха (показания bmp280), облаков не образуется. Это ещё называют
антициклон.
Зимой при этом бывает похолодание из-за опускающегося сверху холодного воздуха.
Снег же зимой идет при некотором потеплении. Как же так?
Нагретый у земли воздух поднимается потоком вверх, находящаяся в нём влага связывается в капли и даже замерзает.
Образуются облака дождевые или снеговые. Поток при подъёме закручивает и сверху эта “перевернутая” воронка видна как вихрь (против часовой стрелки). Это циклон. Из-за оттока воздуха вверх давление у земли падает.
По этим изменениям давления можно предсказывать погоду на несколько дней вперед.