Четыре дамы и молодой человек в вакууме. Нестандартные задачи обо всем на свете

Нет, неправильно. Заглянем в справочник. При 0 ℃ давление насыщенных паров воды равно всего 4,6 мм рт. ст. – ничтожная величина по сравнению с атмосферным давлением. Но главное даже не в этом. Парциальное давление газа зависит только от температуры, а не от массы молекул (легкие молекулы имеют более высокую скорость, поэтому кинетическая энергия у них такая же, как у тяжелых молекул). Даже если половину молекул воздуха в данном объеме при данной температуре заменить легкими молекулами водорода, давление в сосуде не изменится. На самом деле падение давления (например, перед грозой) связано не с повышением влажности воздуха, а с атмосферными вихрями – циклонами.

«Первый воздух – густ… Третий воздух – пуст…»

1. Само слово «атмосфера» происходит от древнегреческого ἀτμός – «пар», σφαῖρα – «шар».

Приземный слой (в высоких широтах – до 10 км, у экватора – до 18 км) – тропосфера (др.-греч. τρόπος – «поворот, изменение», отсюда и слово «тропики»). В тропосфере содержится 80 % всей массы атмосферы, почти весь водяной пар, из которого формируются облака. Выше расположена стратосфера (лат. stratum – «настил, слой»), толщина которой в среднем составляет несколько десятков километров. На высотах примерно от 50 до 80 км расположена

мезосфера (греч. μεσο – «средний, промежуточный»; этот корень можно найти в словах «мезодерма», «мезотелий», «мезофиты» и др. в биологии; «мезозавры», «мезозой» и «мезолит» в археологии; «мезоны» в физике и т. д.). Самые верхние слои атмосферы называются термосферой (греч. θερμός – «теплый»).

2. Причина необычного распределения температуры в верхних слоях атмосферы – особенности превращения солнечной энергии в тепловую на разных высотах. На очень больших высотах жесткое ультрафиолетовое солнечное излучение приводит к расщеплению молекул азота и кислорода на атомы (их там больше, чем молекул), образуются также свободные электроны и ионы. В результате слияния (рекомбинации) положительных и отрицательных зарядов происходит сильный разогрев атмосферы. То есть в термосфере жесткий солнечный ультрафиолет превращается в тепловую энергию.

С уменьшением высоты давление растет, интенсивность жесткого ультрафиолета падает, поэтому ионы уже не образуются. Но продолжает происходить расщепление молекул кислорода на атомы (длина волны более 242 нм), которые в результате реакции O + O₂ + M → O₃ + M приводят к образованию озона. Третья частица М (любой атом или молекула) нужна для отвода избытка энергии от молекулы О₃, иначе она немедленно распадется; такие тройные столкновения могут происходить только при достаточно высоком давлении. Здесь в теплоту превращается менее жесткий солнечный ультрафиолет. Озон сам способен поглощать ультрафиолет «средней жесткости» (длина волны до 310 нм). Именно эти процессы разогревают атмосферу на высотах порядка 50 км. В тропосфере воздух нагревается в основном от поверхности земли. Таким образом, сложная зависимость температуры от высоты объясняется игрой многих факторов, в числе которых давление воздуха, длина волны поглощаемого ультрафиолетового излучения, конвективные потоки теплого воздуха от земной поверхности.

3. Понятие температуры имеет смысл только при достаточно высоких давлениях (не менее 0,01 мм рт. ст.), когда концентрация молекул высока, они часто сталкиваются между собой и быстро обмениваются энергией, в результате чего их температура «выравнивается». На уровне моря давление р

= 760 мм, концентрация частиц с = 2,6 · 10¹⁹ 1/см³ (постоянная Лошмидта), средний свободный пробег между столкновениями λ = 0,086 мкм. На высоте 10 км р = 210 мм, с = 8,8 · 10¹⁸, λ = 0,21 мкм. На высоте 50 км

р = 0,76 мм, с = 2,3 · 10¹⁶, λ = 0,078 мм. На высоте 100 км р = 0,0006 мм, с = 2,3 · 10¹³, λ = 95 см. Наконец, на высоте 150 км р

= 3,7 · 10^–6 мм, с = 7,4 · 10¹⁰, λ = 18 м. На таких высотах одни частицы могут иметь низкую кинетическую энергию, а другие – чрезвычайно высокую!

В безвоздушном океане

Правильный ответ – в. Если удалить атмосферу, то в образовавшемся вакууме вода начнет интенсивно испаряться, одновременно охлаждаясь. Из-за полного отсутствия парникового эффекта, создаваемого атмосферой, средняя температура стала бы примерно такой же, как на Марсе (около –25 ℃), так что вся оставшаяся в океанах вода превратилась бы в лед, который продолжал бы испаряться до полного исчезновения воды с поверхности Земли.

Отсюда вытекает…

1. Самый известный пример – Аральское море (оно же – озеро), в которое впадают Амударья и Сырдарья. В Ладожское озеро впадают Волхов, Свирь и другие реки.

2. Из Ладожского озера вытекает Нева, из Онежского – река Свирь, из Байкала вытекает Ангара, из озера Ильмень – река Волхов, из озера Белое (Вологодская область) – река Шексна, из озера Нери – знаменитая Ниагара, из всей системы Великих озер в Северной Америке сток происходит только по одной реке – Святого Лаврентия. Перечень можно продолжить.