Привести примеры упорядоченного движения воздуха?

Несколько слов о температуре воздуха или газа (в дальнейшем газа). Классическое понятие температуры подразумевает именно хаотическое (наиболее распространенное в природе) движение молекул газа, скорость движения молекул с увеличением температуры увеличивается, и это однозначно определяет классическую температуру газа, т.е. энергию хаотического движения и столкновения молекул газа. Хаотические направления движений отдельных молекул газа подразумевает и хаотические столкновения молекул, как между собой, так и со стенками объема или предметов в нем, и образованное таким образом давление газа, связанное с температурой. Данное понятие температуры прекрасно подходит для основных состояний газа, но, к сожалению не для всех.

Рассмотрим возможный случай, когда происходит нарушение данного закона температуры газа, вернее неприменимость классического понятия температуры. В реальных условиях существуют такие особенные состояния движения газа, когда понятие температуры теряет смысл и соответственно наблюдаются, на первый взгляд трудно объяснимые эффекты. А на самом деле все достаточно просто. Самый характерный пример: вихревое движение газа, сопровождаемый эффектом Ранка, т.е. мощным переносом тепла от центральной части вихря к периферии. Что бы разобраться в данном процессе, рассмотрим простую теоретическую ситуацию: в определенном объеме газа, имеющему температуру Т1, особым образом образуется локальная область с упорядоченным тепловым движением молекул газа в одну сторону, своеобразный поток газа со скоростью теплового движения молекул. Необходимо иметь ввиду, что тепловые скорости движения молекул близки к скорости распространения упругих колебаний, таких как звук; т.е. составляют сотни метров в секунду. Какие характерные особенности будет иметь данная локальная область? Кроме высокой скорости движения потока данная область будет иметь значительно более низкую температуру Т2, чем остальная масса газа, хотя скорости движения молекул практически не отличаются, но столкновений между ними не наблюдается (по сравнению с хаотическим движением). Дополнительно данная область должна иметь изначально пониженное давление, хотя и понятие давления, для скоростного потока относительно. Остается отметить, что нарушений закона сохранения энергии не наблюдается, локальная область газа приобрела большую кинетическую энергию в ущерб классической тепловой. И данная кинетическая энергия может совершить определенную работу, либо опять превратиться в тепловую при хаотическом торможении потока газа. При совершении работы произойдет еще большее охлаждение газа в обычном понимании.

Сделаем определенные выводы. Понятие температура газа относительно. Исходя из выше сказанного следует, что газ может иметь, в зависимости от состояния, две температуры. Одна – для хаотического движение молекул, и вторая для упорядоченного движения молекул газа. А если говорить точнее, необходимо вводить понятие относительной температуры газа. Которая будет характеризовать температуру любого участка газ, через определенное отношение температур Т1 и Т2, как отношение 100% хаотического движения молекул к полностью упорядоченному движению. Поскольку классическое понятие температуры не всегда подходит для характеристик возможных состояний газовой среды. Подобное утверждение с некоторой осторожностью можно сделать и для понятия давление.

Примеры. Упорядоченное тепловое движение молекул газа встречается часто даже в природе, не говоря уже о творениях человека. Вихревое движение воздуха, торнадо, смерчи – это движение воздуха. Температура внутри подобного вихря значительно ниже температуры окружающего воздуха. Вихревое движение жидкости имеет подобные особенности и достаточно широко применяется в технике, но полное применение подобного явления пока не наблюдается, хотя перспективы громадны.

2.5. С какой средней скоростью движутся молекулы воздуха при температуре +20 ⁰С? А при температуре –20 ⁰C?

Температура - величина, характеризующая степень теплового состояния тела (газа) или скорость хаотического движения молекул (чем выше температура, тем больше скорость их движения, и наоборот). Температуру воздуха можно измерять по двум шкалам: Цельсия и абсолютной шкале Кельвина. За нуль градусов по шкале Цельсия принято считать температуру таяния льда, а за 100° - температуру кипения воды при атмосферном давлении, равном 760 мм рт. ст. Если известна температура воздуха у земли, то можно определить температуру воздуха в тропосфере на любой высоте по формуле:

tH=tO - 6,5Н,

где tн - температура воздуха на определяемой высоте;

to - температура воздуха у земли;

Н - заданная высота, км.

В расчетах скоростей движения молекул воздуха при 20°С были получены данные, представленные в табл.