Ez zavaró számomra:
Mivel a nyomás növekszik a hőmérséklettel (nem tudom miért), hogyan csökkenhet a levegő sűrűsége hőmérsékleten. Egy forró napon a nyomás növekedne és a légsűrűség csökkenne? Hogyan lehetséges ez?
@casey @steve V. @StallSpin
A lényeg ez : A FAA írta: A magasságmérő alacsonyabb magasságot jelez, mint ami a szokásosnál melegebb hőmérsékletnél ténylegesen repült. Megértem, hogy így: ez a példa
1) Jelzett magasság: 12.000ft Valódi magasság: 12.000ft Hőmérséklet : -9 Celsius (STD)
Ezután hirtelen a levegő hőmérséklete -9-ről +20-ra változik (példa), és néhány perc múlva:
Jelzett magasság: 12.000ft Valódi magasság: 14.000ft (A stantardnál melegebbnél a nyomás növekszik, így a magasságmérő aneroid ostyái összehúzódnak, jelezve az alacsonyabb magasságot (mondjuk azt, hogy ez 10.000-et jelzett), majd a pilóta “vissza” mászik 12.000-ig, de a valóságban (valódi magasság) ő mászik g-tól 14.000-ig.
Jól értem?
2) Most egy másik dolog, a hőmérséklet csökken a tengerszint feletti magassággal, így az aneroid gofri magassággal bővülnek.
Az aneroid ostyák sűrűsége vagy nyomása?
Megjegyzések
- A nyomás zárt környezetben növekszik a hőmérséklet mellett. Ha lezárja a levegőt egy tartályba és megmelegíti, a nyomás megnő. A légkör nem zárt tartály, ha levegőt melegít, az kitágul, miközben egyensúlyt keres. Amikor a levegő tágul, csökken a nyomása.
- Lehet, hogy ezt korrelálja a magasságváltozásokkal, ahol a hőmérséklet és a nyomás is alacsonyabb, ami nem ‘ nem feltétlenül a eset más helyzetekben.
- @GdD, ha egy légcsomagot felmelegít, akkor kezdetben ugyanolyan nyomású lesz, mint a környezete, de a sűrűsége csökken. Ez a csökkent sűrűségű csomag most felhajtó és emelkedni fog, és ahogy emelkedik, az egyensúlyra törekszik és adiabatikusan hűl, miközben az egyensúlyra törekszik, és megszűnik emelkedni, ha már nem úszik. A csomag tágul, mivel csökken a légköri nyomás a magassággal (nem fordítva).
Válasz
A a légkör megközelíti az ideális gázt, és mint ilyen, a nyomást és a sűrűséget az ideális gázegyenleten keresztül kapcsolhatja össze. A meteorológiában használt forma tömegsűrűséget használ, és ezt adja:
$$ p = {\ rho} RT $$
ahol $ P $ nyomás Pa egységben, A $ \ rho $ a sűrűség kg m-3 egységekben, a $ R $ a száraz levegő gázállandója (287 J kg-1 K-1), a $ T $ pedig a hőmérséklet Kelvinben. Ez feltételezi, hogy száraz légkör és a páratartalom csökkenti a sűrűséget egy adott nyomáson. A vízgőz megfontolását általában a hőmérséklet virtuális hőmérsékletre történő megváltoztatásával hozzák létre $ T_V $, ahol $ T_V = T (1 + 0,61q) $ és $ q $ a vízgőz keverési aránya (egységek $ kg ~ kg ^ {- 1 } $).
A nyomás a hőmérséklet hatására növekszik, mert a részecskéknek nagyobb a mozgási energiája (ami arányos a $ T $ -val). Képzeljen el egy dobozt, amely tele van pattogó gömbökkel, ha ezek a golyók gyorsabban kezdenek mozogni, a golyók erősebben ütköznek a doboz falai felé, nagyobb erőt kölcsönözve a doboznak. A nyomás csupán erő területenként, tehát ha az erő nő, de a doboz azonos méretű marad, akkor a nyomás nőtt.
A levegő sűrűsége csökkenhet a hőmérséklet hatására, ha a nyomás is csökken. Ha a nyomás állandó, ez nem történhet meg (ezek fordított összefüggésben lennének). Bármikor, amikor megad egy összefüggést bármely nyomás, sűrűség vagy hőmérséklet között, akkor meg kell tartania a harmadik állandót, vagy meg kell határoznia annak viselkedését.
Például a meleg levegő emelkedik, de miért van akkor hideg a hegy. A válasz az, hogy a forró levegő kevésbé sűrű, mint az állandó nyomáson körülvevő hideg levegő, és kevésbé sűrű, ha emelkedik. Egy heggyel a nyomás csökken, és a légkörben is tapasztalhatjuk, hogy a hőmérséklet csökken a nyomás csökkenésével.
Egy forró napon általában az történik, hogy a felszín, amelyet melegítenek a nap által felmelegíti a légkör legalacsonyabb szintjét, csökkentve annak sűrűségét (ugyanolyan nyomáson van, mint a környezete és a T emelkedik). Ez végül a konvekciót hajtja és függőlegesen keveri ezt a melegebb levegőt. Elegendő idő birtokában ez csökkenti a levegőoszlop tömegét, és ezért csökkenti a felület nyomását. Ezeket “alacsony hőmérsékletnek” nevezik, és láthatja őket a sivatagi területeken kialakulóban, és szerepet játszanak a tengeri szellő kialakulásában és a monszunokban.
A kibővített kérdés megválaszolásához:
Az FAA-ban írt pontot leginkább úgy lehet megérteni, ha megfeledkezünk arról, hogy állandó magasságban repülünk – nem “t”. Szintes repülés közben állandó nyomású felületeken repülünk, amelyeket aztán magasságra fordítunk. A légkör bármely oszlopában ha a normálnál melegebb, akkor egy adott nyomási felület magasabb lesz, és ha a szokásosnál hidegebb, akkor a nyomási felület alacsonyabb lesz.
Szemléltetésképpen vegyük figyelembe, hogy 3000 láb vagy nagyjából 900 MB sebességgel repül. Ezen a nyomásfelületen mindenhol 3000 láb jelzi a magasságmérőnk jelenlegi beállítását. Ha valahol melegbe megyünk, akkor ez a nyomás a felület emelkedik, és ezért mászunk (bár azt gondoljuk, hogy egy szintben vagyunk) ezzel a nyomásfelülettel, de mivel a nyomás nem változott, mégis 3000 ft-ot jelezünk. A valóságban azonban magasabbak vagyunk, mint 3000 ft.
Ez következik a következő kérdésedre. Az aneroid lapkák észlelik a nyomásváltozásokat, és a magasságmérő olyan magasságot mutat,
, amely nem korrigálva a hőmérsékletre. Ez miért változhat valódi magassága a hőmérséklet mellett egy állandó jelzett magasságnál. Ha a magasságot a hőmérsékletre korrigálja, ezt “sűrűségmagasságnak” nevezzük.
Tehát vissza a fenti példámhoz, a 900 mb-nél repül tovább és jelzi a 3000 lábat, és melegebb levegőbe indul. A nyomásfelület enyhén emelkedni kezd, és ahogy te sem ennek az emelkedésnek a nyomán pedig a magasságmérő jelzi az ereszkedést. Valódi szintű repüléskor magasabb nyomásba kezd repülni ebben az esetben, amikor a 900 mb felület felette emelkedik, és a magasságmérő aneroid ostya alacsonyabb magasságot és ereszkedést jelez. Kijavítja ezt, és felmászik a 900 MB-os nyomásszintre, hogy a magasságmérője ismét 3000 “értéket mutasson, miközben valóban gyengéden felmászik erre a nyomásfelületre. Repülés közben azonban ezt nem fogja igazán megismerni, és csak minimalizálja a függőleges sebességet, és tartsa fenn a magasságot boldogan, és ne vegye figyelembe, hogy valóban lejtős, állandó nyomású felületen repül.
Ennek jobb szemléltetése érdekében vegye figyelembe a következő ábrát: 
Ezen az ábrán a vörösek az átlagosnál melegebb levegőoszlopot, a kékek pedig hűvösebb, mint átlagos oszlopot jelölnek. A közepén lévő fehéres terület oszlop átlagos hőmérsékleten. A fekete folytonos vonalak izobárok (állandó nyomású vonalak). A szaggatott fekete vonal valódi magasság a felszín felett. Végül a vastag fekete vonal az a nyomásszint, amely megfelel a szaggatott vonal valódi magasságának ISA körülmények között.
Meg kell figyelni, hogy a meleg oszlopban a nyomásszintek egymástól távolabb helyezkednek el, mert a levegő kevésbé sűrű, és ugyanarra a nyomásra több kell (mivel a nyomás csak a fölötte levő összes levegő súlya). Ugyanígy a hűvös oszlopban a nyomásszintek közelebb vannak egymástól, mert a levegő sűrűbb, mint a szokásos.
Ha ezt a fenti megbeszélésekhez kívánja kötni, vegye figyelembe magát a standard oszlopban (fehér háttér) a szaggatott vonal által reprezentált, a föld feletti valódi magasságban. A magasságmérője nem érzékeli ezt a valódi magasságot, hanem a repülőgépen kívüli nyomást érzékeli. Ezt nagyjából a valós magasságához (a hőmérséklethez nem korrigálva) kalibráljuk, de a helyi magasságmérő beállításával. Most, hogy balra vagy jobbra repül, és állandó állandó magasságot tart, követi a vastag vonal mentén, mivel ez az a nyomás, amely megfelel a valódi magasságának a szokásos tempóban. Ha egy hidegebb oszlop felé repül, akkor a valóságban leereszkedik, és felmászik, amikor a melegebb oszlopba repül.
megjegyzések
- köszönöm. Nagyon érdekes. Utolsó kérdés: Befolyásolja-e a nyomás a repülőgépek teljesítményét (a hőmérséklet-növekedés növeli a nyomást)?
- A repülőgépek teljesítményét nagymértékben befolyásolja a sűrűség magasságában mért légnyomás. Minél nagyobb a sűrűség magassága (annál alacsonyabb a nyomás), annál kevesebb teljesítményt ér el. Óriási különbség lehet, ezért mindig végezze el a teljesítményszámításokat az előrepülés részeként.
- Fontos kijelenteni, hogy amikor ‘ s forró, a nyomásfelületek tovább lesznek egymástól és ha ‘ s hideg lesz, akkor közelebb vannak egymáshoz . Mivel a nyomást a fenti levegő súlya okozza, és ugyanolyan súlyú vastagabb, kevésbé sűrű melegebb levegőre van szükség. Az alattomos kimenetel az, hogy a magasságmérőt úgy állítja be, hogy az megfeleljen a földmagasság valódi magasságának, de ennél magasabb a hőmérséklet függvényében mégis különbözik.
- Ja, és a sűrűség magassága sűrűség.
- Most zavaros vagyok: A nyomás növekszik a hőmérséklettel. A repülőgép teljesítményét befolyásolja a nyomás. A repülőgépek teljesítménye a szokásosnál melegebben csökken. Hogyan lehet egy repülőgép teljesítménye alacsonyabb nyomással?
Válasz
Nagy dolog, amire emlékezni kell: hogy $ Density = \ frac {Mass} {Volume} $. Nincs összefüggésben a nyomással, és a nyomás nincs összefüggésben a sűrűséggel.
A nyomás általában csak állandó térfogatú gázban nő a hőmérséklet mellett. Ez azért van, mert több energiát ad a rendszerhez, és ezáltal a molekulák jobban kilépnek.Leegyszerűsítve: erősebben ugrálnak, és több energiát fejtenek ki egymásra és a tartályuk falára. Ezt a nyomást hívjuk.
Ha nem lenne tartály, a hőmérséklet növekedése a molekulák szétrepülését okozná. Most kevesebb molekula van térfogategységenként, így a sűrűség alacsonyabb.
Most a repülésben és a meteorológiában, amikor a légköri nyomásról beszélünk, ez kissé eltér, és kevésbé kapcsolódik a légköri sűrűséghez. A magas és alacsony nyomású rendszereket jobban befolyásolja a hatalmas légtömegek relatív felfelé és lefelé irányuló mozgása, mint a közvetlen helyi hőmérséklet, mint ahogyan azt egy zárt gáz is megtenné.
Válasz
A nyomás, a sűrűség és a hőmérséklet (körülbelül) az ideális gázegyenleten keresztül függ össze. Általános formában ez
$$ PV = nRT $$
Ahol $ P $ nyomás, $ V $ mennyiség, $ n $ összeg, $ T $ hőmérséklet és $ R $ ideális gázállandó. Ha van egy zárt tartály, amely levegővel van töltve, a térfogat ($ V $) és az összeg ($ n $) megegyezik, így a nyomás a hőmérséklettel arányosan növekszik.
Ingyenesen légkörben azonban a nyomást a levegő súlya határozza meg, és így többnyire rögzített , így a levegő melegítésével ezáltal inkább a térfogat növekszik.
A sűrűség eléréséhez felosztjuk az egyenletet térfogattal, és elérjük a következőt:
$$ P = \ rho RT $$
Ahol $ \ rho $ a sűrűség (és a kézhullám) váltás mennyiségről tömegre, elrejtve a gázspecifikus konverziós tényezőt a gázállandóban). A külső nyomás állandó, ezért a sűrűség valójában csökken a hőmérséklet növekedésével.
Ennek gyakorlati hatása az, hogy mivel a motor teljesítménye a levegő mennyiségétől függ, rögzített térfogatban tud elszívni. a hengerek teljesítménye rosszabb, ha melegebb van.
Most még meg kell magyarázni, mi szabályozza a szabad levegő nyomását. A nyomást az adott pontban a fölötte levő levegő súlya okozza. Mivel a fentiektől állandó hőmérsékleten a sűrűség arányos a nyomással, a teljes egyenlet differenciális.
$$ \ Delta P \ sim \ rho \ Delta h $$
Szavakkal a A nyomásváltozás megegyezik a magasság és a sűrűség különbségével.
A földi nyomást az időjárási rendszerek összetett módon befolyásolják. De mivel a hidegebb levegő sűrűbb, ez azt jelenti, hogy ha hideg van, akkor a nyomás gyorsabban csökken a tengerszint feletti magasságnál, mint amikor meleg van. Most a magasságmérő valóban méri a nyomást, és csak a tengerszint nyomására van beállítva, de a hőmérsékletre nem ture. Tehát amikor a magasságmérőt a földre állítja és 1000 lábat megmászik, akkor több mint 1000 lábnyival lesz a talaj felett, amikor meleg van, mert a nyomás lassan csökken, és kevesebb, mint 1000 láb a talaj felett, ha hideg van . Néhány eljárás miatt még is minimális hőmérsékletű .