Атмосферное давление и тепловая конвекция

Теплый воздух высокого давления поднимается на уровне земли (скажем, на экваторе) воздухом еще более высокого давления, который дрейфовал из части конвективной ячейки на широте холодного воздуха. Когда воздух поднимается вверх через вертикальную колонну, он выталкивается наружу против воздуха с более низким давлением (давление которого определяется высотой) вокруг сторон колонны. Выталкивая наружу, он работает с воздухом с более низким давлением, и за счет передачи энергии / импульса при столкновении восходящий воздух охлаждается.

Прежде чем ответить на этот вопрос, я думаю, этот небольшой факт поможет вам понять, что на самом деле произойдет.

Газы — это фаза вещества, в которой все атомы или молекулы все время движутся независимо друг от друга. Все эти молекулы движутся с разной скоростью, но если мы возьмем среднюю скорость всех молекул; получаем температуру газа. Если конкретный газ имеет большое количество быстрых молекул, газ горячий. С другой стороны, если в конкретном газе в основном медленные молекулы, то газ холодный.

Температура газа является мерой скорости его молекул. Повышение температуры газа увеличивает среднюю скорость (и, следовательно, кинетическую энергию) молекул. Это заставляет молекулы расширяться.

Возвращаясь к вашему вопросу, когда газ расширяется, ему требуется энергия. Эта энергия должна исходить из внутренней энергии газа.

Из закона идеального газа - PV = nRT

Вы можете получить снижение давления за счет увеличения объема, уменьшения количества атомов или снижения температуры. В условиях постоянного объема и числа атомов уменьшение должно происходить из-за уменьшения энергии, отражаемого понижением температуры. Отвод энергии охлаждает газ, заставляя молекулы двигаться медленнее. большая высота

По мере того, как вы поднимаетесь, атмосферное давление снижается, поэтому ваша кровь в вашем теле течет быстрее, чтобы компенсировать это, поэтому я считаю, что человеческое тело чувствует холод из-за этого. Что касается конвекции, то это процесс подъема теплого воздуха вверх и опускания более плотного воздуха вниз. Из-за более низкого атмосферного давления молекулы воздуха не получают большой кинетической энергии, а это означает, что температура низкая. И наоборот. Таким образом, можно утверждать, что атмосферное давление влияет на окружающую температуру.

Чтобы проиллюстрировать точку зрения @johnforkosh, вот краткий пример. При отсутствии конвекции давайте сначала представим заполненную воздухом вертикальную трубу, простирающуюся от поверхности земли, скажем, на 100 миль. При каждом приращении высоты вверх от нуля до 100 миль уравнение состояния воздуха (аппроксимированное так называемым законом идеального газа) связывает давление, температуру и плотность воздуха таким образом, что при уменьшении давления, так что делает температуру. Поскольку давление в атмосфере экспоненциально уменьшается с увеличением высоты, то же самое происходит и с температурой. Вблизи поверхности земли это довольно хорошо аппроксимируется вычитанием пяти градусов по Фаренгейту на 1000 футов увеличения высоты, поэтому горные вершины холоднее, чем долины между ними.

При наличии конвекции атмосфера перемешивается вертикально, что перемещает горячий воздух с низкой плотностью от поверхности земли на большие высоты. По мере подъема теплый воздух сталкивается со все более низким давлением, что заставляет его расширяться, а по мере расширения он охлаждается.

В этом упрощенном представлении игнорируются эффекты теплообмена между различными телами воздуха и между воздухом и землей (условие, называемое «адиабатичностью»). Когда разрешен теплообмен, ситуация значительно усложняется, и этому посвящены целые главы книг по динамике атмосферы.