Физика \ Энергетические установки ЛА

Планета Земля и ее атмосфера. Земля как планета. Форма и размеры. Гравитационное поле. Магнитное поле., страница 5

Высокая температура экзосферы означает, что средняя скорость газовых частиц в ней достаточно велика по сравнению со средней скоростью в нижних слоях атмосферы. Средняя кинетическая энергия молекул в этом слое атмосферы остается приблизительно постоянной. Называть ее температурой было бы не совсем верно: плотность газа на этих высотах так мала, что молекулы уже практически не сталкиваются между собой. Но характерная энергия молекул водорода и гелия на больших высотах такая же, как при температуре 1000…1700 градусов.

Температура тела, внесенного в столь разреженную среду, какой является термосфера, будет зависеть не столько от соударений с молекулами и атомами среды, сколько от соотношения между поглощением солнечного излучения и испусканием лучистой энергии самим телом. Тепловое состояние термосферы определяется поглощением ее молекулами и атомами различных видов солнечных излучений и возникающими при этом фотохимическими реакциями, аналогичными тем, в ходе которых образуется озон.

2.5-6.6. Газовый состав атмосферы Земли.

Атмосфера Земли образовалась из газов, выделенных твердой оболочкой планеты в процессе ее эволюции. В течение геологической истории первичная земная атмосфера претерпела значительные изменения под влиянием таких факторов:

Ø 

Подпись: Таблица 2.5-6.6. Химический состав сухого воздуха. Газ Химическая формула Содержание (по объему), % Молекулярн. вес Содержание (по массе), % Толщина слоя при норм. условиях, м Азот N2 78,09 28,966 75,51 624600 Кислород 02 20,95 32,000 23,15 167600 Аргон Аг 0,93 39,944 1,28 7440 Углекислый газ СО2 0,03 44,010 0,046 220 Неон Ne 1,88*10-3 20,183 1,25*10-3 14 Гелий Не 5.24*10-4 4.003 7.2*10-5 4,2 Криптон Кг 1,00*10-4 83,700 3,6*10-4 0,8 Ксенон Хе 8,00*10-6 131,300 З,6*10-5 0,06 Водород Н2 5,0010-6 2,016 3,5*10-6 0,4 Озон 03 10*10-6 48,000 2,0*10-7 0,3

ускользание молекул и атомов газов в космическое пространство;

Ø  диссоциация молекул на атомы под влиянием ультрафиолетового излучения Солнца;

Ø  выделение газов из недр планеты в результате извержений вулканов;

Ø  жизнедеятельность растений и животных;

Ø  техническая деятельность человека.

Химический состав сухого воздуха в атмосфере Земли приведен в таблице 2.5-6.6.

В воздухе, также, присутствуют в ничтожных количествах закись азота (N2O), метан (СН4), сернистый ангидрид (SO2), двуокись азота (NO2), пары иода (I2) и т. п.

В нижних слоях атмосферы воздух содержит переменные количества водяного пара (до 4%) и частицы аэрозольной составляющей. Важно отметить, что химический состав сухого воздуха остается практически неизменным до высот 90…95км, а по другим данным до высот 80…100 км. Его средний молекулярный вес равен 28,966.

Состав атмосферного воздуха существенно зависит от высоты и ряда естественных факторов природных поясов, подстилающей поверхности, рельефа, воздушных течений, а также от разнообразных воздействий, вызванных деятельностью человека.

Подпись: Таблица 2.5-6.7. Давление, концентрация и состав атмосферы в зависимости от высоты. Высота, км Давление, Па Число частиц в см3 Состав 0 105 2,5 1019 N2, О2, Ar 50 1,3 102 3 1016 N2, СО2, (О3), Аr 100 1,3 10-2 1012 N2, О2, О 200 1,3 10-4 1010 NО, N, О, О+ 800 1,3 10-7 106 О; О+; H 6500 1,3 10-10 103 Н, Н+ 22000 1,3 10-11 101 Н+; Не++ Поскольку атмосфера представляет собой смесь газов, находящихся в поле земного тяготения, в ее более высоких слоях относительное содержание более легких газов должно, казалось бы, увеличиваться. Однако, в действительностиэто не так.

Процессу расслоения атмосферы по плотности газов препятствуют два других противоположно направленных процесса. Один из них — взаимная диффузия газов, то есть проникновение частиц одного газа в другой в результате их теплового движения. Второй процесс — интенсивное перемешивание масс воздуха - как результат движения восходящих и нисходящих воздушных потоков и горизонтального их переноса. Этому способствует также турбулентный характер перемещения воздушных масс. Расчеты показывают, что действие обоих названных процессов в значительной степени компенсирует влияние расслоения. Только на высотах более 100 км в атмосфере преобладают более легкие газы, в частности атомарный кислород (О).

Изменение основних компонентов земной атмосферы до высоты 300 км приведено на рисунке 2.5-6.3.

Резкой, четкой границы атмосфера не имеет (см. таблицу 2.5-6.7. и рисунок 2.5-6.4.). Во внешних слоях она постепенно переходит в разреженную межпланетную среду, точнее, сливается с разреженной газовой оболочкой, окружающей Солнце. Оболочка эта образована как постоянными, так и спорадическими потоками частиц, исходящих преимущественно от Солнца. Иногда говорят, что наша планета находится в атмосфере Солнца. Скорости частиц (молекул и атомов) газов, входящих в состав воздуха, распределены по закону Максвелла — Больцмана. Средняя кинетическая энергия частиц данной массы, пропорциональная среднему значению квадрата скорости частиц, определяет температуру газа. Некоторая доля частиц при этом имеет скорость, достаточную для того, чтобы преодолеть силу притяжения Земли и уйти в межпланетное пространство. Такая скорость для тела, находящегося на земной поверхности, равна 11.2 км/с, на высоте 1000 км — 10.4 км/с, а на расстоянии 10 тыс. км от Земли она составляет около 1/3 величины скорости на земной поверхности.

Скачать файл