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[!--downpath--]2015年12月初,博主從上海返回南京途中,順道到南京拜訪了科學網好友——福建大學劉全輝院士。
臨走時,劉老師送給我他的兩本書,其中一本是《熱化學教學論文集》。
前幾天,在翻這本書的時候,博主被上面的一句話震驚了:
大氣浮力不是由大氣重量引起的
玩笑! 大氣浮力是由大氣重量引起的。 這是我們小學學數學時就知道的推論。 你這是在挑戰我20年的知識! 當然,二氧化碳浮力的存在并不依賴于重力的存在(空間站中的二氧化碳處于失重狀態,也可以給宇航員提供1個大氣壓的浮力),但從簡單的熱平衡角度來看大氣壓強表達公式,地面上的氣壓似乎等于單位面積上方大氣的重量。
當時,我興奮地站起來,拿起書,小聲地向辦公室里的朋友們宣布:劉全輝說,大氣層的浮力并非來自大氣層的重力! 于是立即有幾個老師圍過來批評。
但心一沉的看著劉老師的說法后,他發現他說得對! 以前的課本和科普書都是錯的!
雖然不難發現,他的推斷一定是正確的。 如果大氣的浮力來自大氣的重力,那么浮力將與大氣的溫度無關。 并且,從理想二氧化碳的熱力學我們知道大氣壓強表達公式,二氧化碳的浮力與其體溫和密度成反比。 因此,如果浮力與氣溫無關,那么密度一定與室溫成正比; 而且,根據分布規律,表面空氣密度應該是一個比空氣溫度(1/x)復雜得多的函數。
這種熱平衡的一般觀念哪里錯了? 問題是月球是一個球體,而不是一個平面。 因此,在進行熱平衡分析時,必須仔細考慮垂直方向各力的重量。
我瀏覽了劉老師的書:
注1:他們在書中的分析忽略了重力加速度隨高度的變化,并且還假設月球大氣處于熱平衡狀態。 兩者都是近似值,尤其是前者可能與實際情況有很大偏差。 不過,邏輯仍然是正確的。 同樣非常重要的是,他們忽略了重力加速度隨高度變化的事實。 不然看之前的博文,這種氣氛根本不應該存在!
注2:據劉老師介紹,大氣的浮力是否來自于大氣的重量,這一問題最早由沉康村院士提出,并在省熱力學、統計與數學學術會議上引起了激烈的爭論。 劉老師的分析受到了孫長璞研究員的工作的啟發。
注3:正如尤明清先生所說,有必要討論一下兩者的區別。 雖然差別確實很小。 見公式3.4.2。 參數 KT/mgR 是一個很小的量,因此盡管差異應該在百分之一的數量級。 根據這個公式,隨著世界變暖,大氣壓力將會上升。
注4:根據曹澤賢研究員的評論,我想補充一點:大氣中各類二氧化碳的比例隨海拔高度的變化而變化。 非常多,因為氫的質量很小,它的密度隨著高度的增加而緩慢增加。 下圖來自費曼化學課件。
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