Равновесный градиент температуры

Поделись знанием:
Перейти к: навигация, поиск
К:Википедия:Страницы на КУ (тип: не указан)

Равновесный градиент температуры — значение градиента температуры Γ в случае термического равновесия, при котором так называемые турбулентные потоки тепла, массы и производство энтропии обращаются в ноль.[1][2]. В этом случае — случае равенства потоков теплового излучения во всех направлениях — поток тепла, вызванный неравномерным нагревом вещества (уравнение Фурье) оказывается скомпенсирован и возникает конечный градиент температуры, вообще говоря отличный от адиабатического.[1]

Термодинамическое равновесие в замкнутой системе должно наступить при изотермии (Γ = 0). В открытой системе, или в любой открытой подсистеме замкнутой термодинамической системы обладающей теплопроводностью будет происходить перенос тепла, чему соответствует закон Фурье. Однако, в соответствии с принципами молекулярно-кинетической теории, в жидкости, или газе, находящейся под действием силы тяжести (или иной внешней, например, массовой силы), кроме процессов теплопередачи обусловленных теплопроводностью будет происходить также перераспределение давления, а в месте с ним и массы, вызванное действием этой внешней силы. Этим обусловлено появление при тепловом равновесии адиабатического градиента температуры, зависящим от ускорения свободного падения. Если же, кроме теплопроводности, к процессу переноса тепла подключается конвекция и турбулентные потоки, когда среда находится в состоянии турбулентности, то тепловое равновесие, возможно, наступает при значении градиента температуры отличном от адиабатического, но тоже зависящем от величины ускорения, вызванного действием внешней силы[3][4]. Например, было показано, что при ослаблении требования адиабатичности и замене его на требование политропности сисиемы, в случае слабой турбулентности равновесный градиент температуры отличается от адиабатического на константу, зависящую от показателя политропы.[1]





История

Дискуссия по этой проблеме началась с критики Й. Лошмидтом работы Л. Больцмана 1876 года (см. в [5],[6]). Несмотря на убедительные доводы сторонников молекулярно-кинетической теории, а также их неоспоримый авторитет, последовательная теория теплопроводности в турбулентной жидкости или газе при наличии внешнего поля не разработана до сих пор. В связи с этим, принимая во внимание наблюдения, в физике атмосферы (при отсутствии бесспорного доказательства) был достигнут консенсус, согласно которому равновесный вертикальный градиент температуры в приземном слое атмосферы должен совпадать с адиабатическим градиентом температуры Γ = — g/Cp ≈ — 9,8 К/км (где g — ускорение свободного падения, Cp — удельная теплоёмкость в изобарном процессе) [7],[8]. Однако, и такая точка зрения тоже плохо согласуется с данными о тепловом балансе земной атмосферы. На это обстоятельство обратил внимание В. Шмидт [9],[10] ещё в 1917 году, в связи с чем, проблему равновесного градиента температуры (возможно, в шутку) климатологи стали называть «парадокс Шмидта». Существование такого парадокса оспаривалось [11], тем не менее, чтобы как-то выйти из возникшего тупика, климатологи были вынуждены принять в качестве равновесного вертикального градиента температуры эмпирическое значение Γ = — 6,0 К/км, в пользу чего у них есть свои доводы [12],[13],[14],[15], тоже заслуживающие внимания. Прямые самолётные измерения теплового потока в атмосфере также указали на отличие равновесного градиента от адиабатического [16].

Замеченные трудности в вопросе о термическом равновесии турбулентного газа, стали порождать сомнения в справедливости второго начала термодинамики и подталкивать к конструированию новых вечных двигателей. Однако, эти усилия, конечно, напрасны.[17]

См. также

Напишите отзыв о статье "Равновесный градиент температуры"

Примечания

  1. ↑ 1 2 3 Krigel’ A. M. On the turbulent thermal conductivity of a gas in the field of an external force // Technical Physics. — 2014. — Vol. 59. — P. 1718-1719. — ISSN [www.sigla.ru/table.jsp?f=8&t=3&v0=1063-7842&f=1003&t=1&v1=&f=4&t=2&v2=&f=21&t=3&v3=&f=1016&t=3&v4=&f=1016&t=3&v5=&bf=4&b=&d=0&ys=&ye=&lng=&ft=&mt=&dt=&vol=&pt=&iss=&ps=&pe=&tr=&tro=&cc=UNION&i=1&v=tagged&s=0&ss=0&st=0&i18n=ru&rlf=&psz=20&bs=20&ce=hJfuypee8JzzufeGmImYYIpZKRJeeOeeWGJIZRrRRrdmtdeee88NJJJJpeeefTJ3peKJJ3UWWPtzzzzzzzzzzzzzzzzzbzzvzzpy5zzjzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzztzzzzzzzbzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzvzzzzzzyeyTjkDnyHzTuueKZePz9decyzzLzzzL*.c8.NzrGJJvufeeeeeJheeyzjeeeeJh*peeeeKJJJJJJJJJJmjHvOJJJJJJJJJfeeeieeeeSJJJJJSJJJ3TeIJJJJ3..E.UEAcyhxD.eeeeeuzzzLJJJJ5.e8JJJheeeeeeeeeeeeyeeK3JJJJJJJJ*s7defeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeSJJJJJJJJZIJJzzz1..6LJJJJJJtJJZ4....EK*&debug=false 1063-7842]. — DOI:10.1134/S1063784214110164. исправить
  2. ↑ [meteorologist.ru/ravnovesnyiy-gradient.html/ Метеорологический словарь]
  3. ↑ Loschmidt J. Über den Zustand des Wärmegleichgewichtes eines Systems von Körpern mit Rücksicht auf die Schwerkraft // Sitzungsber. Kais. Akad. Wiss. Wien. Math. Naturwies. Classe. 1876.—73.— pp.128—142.
  4. ↑ Launder B. E. On the effects of a gravitational field on the turbulent transport of heat and momentum // Journal of Fluid Mechanics. — 1975. — Vol. 67. — P. 569. — ISSN [www.sigla.ru/table.jsp?f=8&t=3&v0=0022-1120&f=1003&t=1&v1=&f=4&t=2&v2=&f=21&t=3&v3=&f=1016&t=3&v4=&f=1016&t=3&v5=&bf=4&b=&d=0&ys=&ye=&lng=&ft=&mt=&dt=&vol=&pt=&iss=&ps=&pe=&tr=&tro=&cc=UNION&i=1&v=tagged&s=0&ss=0&st=0&i18n=ru&rlf=&psz=20&bs=20&ce=hJfuypee8JzzufeGmImYYIpZKRJeeOeeWGJIZRrRRrdmtdeee88NJJJJpeeefTJ3peKJJ3UWWPtzzzzzzzzzzzzzzzzzbzzvzzpy5zzjzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzztzzzzzzzbzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzvzzzzzzyeyTjkDnyHzTuueKZePz9decyzzLzzzL*.c8.NzrGJJvufeeeeeJheeyzjeeeeJh*peeeeKJJJJJJJJJJmjHvOJJJJJJJJJfeeeieeeeSJJJJJSJJJ3TeIJJJJ3..E.UEAcyhxD.eeeeeuzzzLJJJJ5.e8JJJheeeeeeeeeeeeyeeK3JJJJJJJJ*s7defeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeSJJJJJJJJZIJJzzz1..6LJJJJJJtJJZ4....EK*&debug=false 0022-1120]. — DOI:10.1017/S002211207500047X. исправить
  5. ↑ Эренфест П. «Об одном заблуждении относительно равновесия газа в поле тяжести». В сборнике: Эренфест П. Относительность. Кванты. Статистика.— М.: Наука. 1972.— С. 116—118.
  6. ↑ Опарин Е. Г. О забытой научной дискуссии между Л. Больцманом и Й. Лошмидтом // Научный журнал Русского физического общества.— 1993, № 1—6.— С. 1—14.
  7. ↑ Монин А. С.,Яглом А. М. Статистическая гидромеханика. Ч. 1.— М.: Наука, 1965.— 640 с.
  8. ↑ Лайхтман Д. Л. Физика пограничного слоя атмосферы.— Л.: Гидрометеорологическое издательство, 1970.— 342 с.
  9. ↑ Schmidt W. Der Massenaustausch bei der ungeordenter Strömung in freier Luft und seine Folgen // Hölder. (In Sitz. Ber. der Akad. Wien, d. Wiss. Math. Nat.— 1917.— Abt. 2.— Bd.126.— H.6.— P. 757—804.)
  10. ↑ Schmidt W. Der Massenaustausch in freier Luft und verwandte Erscheinungenn // (In Probleme der Kosmischen Physik). Hamburg.—1925.—№ 2.— P. 1—51.)
  11. ↑ Монин А. С. О так называемом равновесном градиенте температуры // Известия АН СССР, сер. Физика атмосферы и океана.— 1965.— Т.1, № 6.— С. 645-650.
  12. ↑ Будыко М. И., Юдин М. И. Условия термического равновесия в атмосфере // Доклады АН СССР.— 1946.— Т. 53, № 7.— С. 611-614.
  13. ↑ Юдин М. И. О равновесном градиенте температуры // Известия АН СССР, сер. Физика атмосферы и океана.— 1966.— Т. 2, № 2.— С. 208—216.
  14. ↑ Будыко М. И.,Юдин М. И. Тепловой обмен поверхности Земли с атмосферой и равновесный градиент температуры // Метеорология и гидрология.— 1948, № 1.— С. 16-29.
  15. ↑ Дроздов О. А. Чем создаётся равновесный термический градиент, отличный от адиабатического // Метеорология и гидрология.— 1966, № 12.— С. 27-29.
  16. ↑ Deardorff J. W. Theoretical expression for the countergradient vertical heat flux // J. Geophys. Res.— 1972.— 77.— No 30.— P. 5900—5904.
  17. ↑ Примеры подобных двигателей приведены, например, в работе В.Г. Горшков, АМ. Макарьева. К.С. Аосев Планетарный парниковый эффект и биотическая устойчивость климата Земли, Известия секции наук о Земле РАЕН, 2001.

Литература

  • Равновесный градиент температуры. Сборник статей. — Л.: Гидрометеоиздат.— 1967.
  •  А.М. Кригель О турбулентной теплопроводности газа в поле внешней силы Журнал технической физики, 2014, том 84, вып. 11

Отрывок, характеризующий Равновесный градиент температуры

Княжна Марья отложила свой отъезд. Соня, граф старались заменить Наташу, но не могли. Они видели, что она одна могла удерживать мать от безумного отчаяния. Три недели Наташа безвыходно жила при матери, спала на кресле в ее комнате, поила, кормила ее и не переставая говорила с ней, – говорила, потому что один нежный, ласкающий голос ее успокоивал графиню.
Душевная рана матери не могла залечиться. Смерть Пети оторвала половину ее жизни. Через месяц после известия о смерти Пети, заставшего ее свежей и бодрой пятидесятилетней женщиной, она вышла из своей комнаты полумертвой и не принимающею участия в жизни – старухой. Но та же рана, которая наполовину убила графиню, эта новая рана вызвала Наташу к жизни.
Душевная рана, происходящая от разрыва духовного тела, точно так же, как и рана физическая, как ни странно это кажется, после того как глубокая рана зажила и кажется сошедшейся своими краями, рана душевная, как и физическая, заживает только изнутри выпирающею силой жизни.
Так же зажила рана Наташи. Она думала, что жизнь ее кончена. Но вдруг любовь к матери показала ей, что сущность ее жизни – любовь – еще жива в ней. Проснулась любовь, и проснулась жизнь.
Последние дни князя Андрея связали Наташу с княжной Марьей. Новое несчастье еще более сблизило их. Княжна Марья отложила свой отъезд и последние три недели, как за больным ребенком, ухаживала за Наташей. Последние недели, проведенные Наташей в комнате матери, надорвали ее физические силы.
Однажды княжна Марья, в середине дня, заметив, что Наташа дрожит в лихорадочном ознобе, увела ее к себе и уложила на своей постели. Наташа легла, но когда княжна Марья, опустив сторы, хотела выйти, Наташа подозвала ее к себе.
– Мне не хочется спать. Мари, посиди со мной.
– Ты устала – постарайся заснуть.
– Нет, нет. Зачем ты увела меня? Она спросит.
– Ей гораздо лучше. Она нынче так хорошо говорила, – сказала княжна Марья.
Наташа лежала в постели и в полутьме комнаты рассматривала лицо княжны Марьи.
«Похожа она на него? – думала Наташа. – Да, похожа и не похожа. Но она особенная, чужая, совсем новая, неизвестная. И она любит меня. Что у ней на душе? Все доброе. Но как? Как она думает? Как она на меня смотрит? Да, она прекрасная».
– Маша, – сказала она, робко притянув к себе ее руку. – Маша, ты не думай, что я дурная. Нет? Маша, голубушка. Как я тебя люблю. Будем совсем, совсем друзьями.
И Наташа, обнимая, стала целовать руки и лицо княжны Марьи. Княжна Марья стыдилась и радовалась этому выражению чувств Наташи.
С этого дня между княжной Марьей и Наташей установилась та страстная и нежная дружба, которая бывает только между женщинами. Они беспрестанно целовались, говорили друг другу нежные слова и большую часть времени проводили вместе. Если одна выходила, то другаябыла беспокойна и спешила присоединиться к ней. Они вдвоем чувствовали большее согласие между собой, чем порознь, каждая сама с собою. Между ними установилось чувство сильнейшее, чем дружба: это было исключительное чувство возможности жизни только в присутствии друг друга.
Иногда они молчали целые часы; иногда, уже лежа в постелях, они начинали говорить и говорили до утра. Они говорили большей частию о дальнем прошедшем. Княжна Марья рассказывала про свое детство, про свою мать, про своего отца, про свои мечтания; и Наташа, прежде с спокойным непониманием отворачивавшаяся от этой жизни, преданности, покорности, от поэзии христианского самоотвержения, теперь, чувствуя себя связанной любовью с княжной Марьей, полюбила и прошедшее княжны Марьи и поняла непонятную ей прежде сторону жизни. Она не думала прилагать к своей жизни покорность и самоотвержение, потому что она привыкла искать других радостей, но она поняла и полюбила в другой эту прежде непонятную ей добродетель. Для княжны Марьи, слушавшей рассказы о детстве и первой молодости Наташи, тоже открывалась прежде непонятная сторона жизни, вера в жизнь, в наслаждения жизни.
Они всё точно так же никогда не говорили про него с тем, чтобы не нарушать словами, как им казалось, той высоты чувства, которая была в них, а это умолчание о нем делало то, что понемногу, не веря этому, они забывали его.
Наташа похудела, побледнела и физически так стала слаба, что все постоянно говорили о ее здоровье, и ей это приятно было. Но иногда на нее неожиданно находил не только страх смерти, но страх болезни, слабости, потери красоты, и невольно она иногда внимательно разглядывала свою голую руку, удивляясь на ее худобу, или заглядывалась по утрам в зеркало на свое вытянувшееся, жалкое, как ей казалось, лицо. Ей казалось, что это так должно быть, и вместе с тем становилось страшно и грустно.
Один раз она скоро взошла наверх и тяжело запыхалась. Тотчас же невольно она придумала себе дело внизу и оттуда вбежала опять наверх, пробуя силы и наблюдая за собой.
Другой раз она позвала Дуняшу, и голос ее задребезжал. Она еще раз кликнула ее, несмотря на то, что она слышала ее шаги, – кликнула тем грудным голосом, которым она певала, и прислушалась к нему.
Она не знала этого, не поверила бы, но под казавшимся ей непроницаемым слоем ила, застлавшим ее душу, уже пробивались тонкие, нежные молодые иглы травы, которые должны были укорениться и так застлать своими жизненными побегами задавившее ее горе, что его скоро будет не видно и не заметно. Рана заживала изнутри. В конце января княжна Марья уехала в Москву, и граф настоял на том, чтобы Наташа ехала с нею, с тем чтобы посоветоваться с докторами.


После столкновения при Вязьме, где Кутузов не мог удержать свои войска от желания опрокинуть, отрезать и т. д., дальнейшее движение бежавших французов и за ними бежавших русских, до Красного, происходило без сражений. Бегство было так быстро, что бежавшая за французами русская армия не могла поспевать за ними, что лошади в кавалерии и артиллерии становились и что сведения о движении французов были всегда неверны.
Люди русского войска были так измучены этим непрерывным движением по сорок верст в сутки, что не могли двигаться быстрее.
Чтобы понять степень истощения русской армии, надо только ясно понять значение того факта, что, потеряв ранеными и убитыми во все время движения от Тарутина не более пяти тысяч человек, не потеряв сотни людей пленными, армия русская, вышедшая из Тарутина в числе ста тысяч, пришла к Красному в числе пятидесяти тысяч.


Источник — «http://wiki-org.ru/wiki/index.php?title=Равновесный_градиент_температуры&oldid=79725967»