Par dotazu

[Dugi]

Vítám tu nového uživatele petrsida, doufám, že se ti tu bude líbit. Máme ti tykat, nebo vykat?
vladan: Jen si tu řádi dál., tohle je zajímavá debata a navíc tohle vlákno je tématicky hodně široké, takže zvládne i lehké OT odbočky.

[petrsida]

Díky za přivítání, samozřejmě tykat. Jako geolog tu patřím mezi laiky. Už fórum nějakou dobu pročítám a musím vyjádřit svůj obdiv. Odborná úroveň je perfektní a zároveň jsou všechny diskuse úžasně slušné. Všem klobouk dolů.


Nedalo mi to a trochu jsem pátral ve fyzikálních vzorcích. Snad to dáme společně dohromady. Stavová rovnice ideálního plynu by měla být na atmosféru do jisté míry použítelná. Velmi zajímavý popis zemské atmosféry jsem našel tady:

http://lu.fme.vutbr.cz/ucebnice/opory/aerodynamics.php

Důležité je si představit, jak tlak u povrchu vlastně vzniká, je způsobený tíhou celého sloupce plynu, který nad sebou máme. Povrchová teplota je s tlakem v rovnováze, stoupáme li nahoru, platí to také (samozřejmě v omezeních daných nehomogenitami).

Myslím že chyba je v tom, že si nemůžeme představit částici plynu samostatnou, a řešit tu úlohu jenom jako překonávání potenciální energie.

Pokud by částice plynu u povrchu získala energiim která by jí umožnila únik (a pohybovala se správným směrem), nemusela by pouze překonávat potenciální energii, ale zároveň by se musela doslova prodrat sloupcem dalších částic. Každá srážka by ji o nějakou energii obrala a v konečném důsledku by neunikla. Energie se tak statisticky rozloží mezi další molekuly (určité teplotě a tlaku bude odpovídat určitá střední kvadratická rychlost, odchylky od ní jsou možné, čím větší jsou, tím rychleji jsou srážkami redukovány)

Částice plynu tak bude překonávat nejenom potenciální energii, ale zároveň i "odpor" prostředí daný jeho hustotou.

Jiná situace nastane na rozhraní atmosféry a volného prostoru, tym bude odpor výrazně menší. Proto jsou skutečně částice plynu vyráženy pryč do volného prostoru srážkami se slunečním větrem. Náhodou jsem na podobnou zprávu i narazil:

http://www.novinky.cz/veda-skoly/259005 ... 0-tun.html

Oxid uhličitý je relativně hmotný, takže jeho ztráty budou menší, než třeba H, He, O, N. U Venuše se uvažuje o tom, že původně mohla vypadat jako Země včetně oceánů, masivní sopečná činnost a neexistence biogenního ukládání CO2 (na Zemi jsou v horninách uloženy miliardy tun) vedly k nárůstu koncentrace CO2, skleníkovému efektu a nárůstu teplot. Oceán se vyvařil, kyslík a vodík byl nakonec odfouknut do vesmiru a dnes atmosféra vypadá tak, jak víme. Ve skutečnosti by mohla být teplota ještě vyšší, hodně energie odráží mraky (je to kolem 50 %), proto je Venuše tak jasná.

a ještě mě napadlo toto:
ta hmotnost molekul je důležitá z jednoho důvodu: pokud se srazí s vysokoenergetickou částicí lehká molekula, je urychlena více, než těžká (E=1/2m*v*v), proto mizí ze Země hlavně vodík a helium

[vladan]

petrsida: No, stavová rovnice predpoklada konstantni tlak v celem objemu, tudiž použitelnost lokalni.
Je jasné, že tu mám obrovský soubor částic a to, že jedna někde u povrchu zemského na mikrosekundu překročí únikovou rychlost, neznamená vůbec nic. Ale pokud únikovou rychlost překročí molekula v horních vrstvách atmosféry, unikne.
Pokud se ale omezíme na "průměrné" rychlosti (střední kvadratické), má smysl o systému hovořit jako o celku. To, že sluneční vítr částici "ustřelí" z atmosféry není nic jiného, než to, že ji dodá kinetickou energii potřebnou k odpoutání z "gravitační pasti" planety. je z toho jasné, že v případě zvýšení teploty či tlaku atmosféry (částice v průměru rychlejší, nebo větší počet částic) by nastal také větší únik molekul, ať už samovolný nebo díky slunečnímu větru - což odpovídá té představě "rovnovážného stavu".
Nešlo by říct něco jako: celková mechanická energie molekul atmosféry (počítáno přes tu střední kvadratickou, samozřejmě), tj kinetická + polohová je ve všech výškách konstantou? Narušeno by to bylo jen úplně na okrají působením "externích" sil (sluneční vítr, kosmické záření).
S tím souvisí ta venuše - pokud by teplota její atmosféry stoupla....

[Dugi]

Už fórum nějakou dobu pročítám a musím vyjádřit svůj obdiv. Odborná úroveň je perfektní a zároveň jsou všechny diskuse úžasně slušné. Všem klobouk dolů.

Děkuju za pochvalu. To přátelské prostředí bylo (a pořád je) jedním z cílů, které jsem měl, když jsem fórum zakládal. Chtěl jsem vytvořit místo, kde by panovala přátelská atmosféra bez urážek, flamů a podobných "radostí". Zdá se, že se to podařilo. Ale je to především zásluha skvělých uživatelů. Ti jsou ostatně podepsaní i podepsaní i pod odbornou úrovní diskuse. Je radost mít uživatele, jako jste vy všichni.
A já musím naopak vyseknout poklonu debatě, která se tu rozjela. Argumentujete skvěle, moc se mi líbí se postupně daří rozplétat tuhle otázku.

[petrsida]

stavová rovnice - samozřejmě nejde jednou rovnicí popsat celou atmosféru, ale pro chování vrstev je to použitelné


celková mechanická energie molekul atmosféry (počítáno přes tu střední kvadratickou, samozřejmě), tj kinetická + polohová je ve všech výškách konstantou?

Takhle nějak by to mělo fungovat (konstata ale bude hodnota, kolem které to bude oscilovat, protože atmosféra je dynamická)

přidal bych ale ještě dvě hodnoty aby to bylo dokonalé - na jednu stranu musíme počítat s teplem, které vrstva přijme ve formě záření a na druhé straně s teplem, které vyzáří

mechanická energie molekul vlastně odpovídá teplotě

pro rovnovážný stav to může vypadat nějak takto?:

Epot + Ekin + Epřijaté záření - Evyzářená = konst


pokud by nebyl vztah splněn, pak není atmosféra v rovnováze a je nutné počítat s tím, že zahříváním se jednotlivé vrtstvy rozpínají a do vzorce je řeba dosadit ještě nárůsty Epot a E kin a hodnota nebude konstatní, ale bude růst, nebo naopak klesat

Je to docela zajímavý problém i ve vztahu k Zemi, stačí si uvědomit, že mezi vrcholem glaciálu a interglaciálu je teplotní rozdíl v průměrné povrchové teplotě 12 stupňů

[tomas]

to petrsida: Moc se do této diskuse plést nebudu, protože tato část fyziky mi nikdy moc nešla. Jenom se zeptám ohledně kyslíku. Tys ho zařadil mezi lehké plyny, ale kdysi jsme se učili, že v atmosféře Země má nejvyšší výskyt v nejnižších vrstvách jako O₂, výš jeho podíl klesá. V horních se pak kyslík vyskytuje jako O₃. Docela by mě zajímalo, jak to teda je. Ty to budeš jako geolog určitě vědět.

[vladan]

Co se záření týče, jsem skeptický. Nebudu-li počítat s kapalnými a pevnými složkami (kapénky vody, saze), tak samotný jednomolekulární plyn by neměl teplo (elmg záření) ani přijímat, ani vyzařovat. A pokud přijme elmg záření ve formě excitace, a) velice rychle energii zase vyzáří (např. skleníkový efekt CO2) a b) nebo se počítá do vnitřní energie molekuly a ne do kinetické.
12 st. mezi glaciálem a inerglaciálem není moc, ale pochybuju, že někdo byl schopen "změřit" kolísání tlaku atmosféry v těchto obdobích. Konečně, to, že v interglaciálu je "přetlak" a Země o atmosféru přichází je zcela ve shodě s teorií konstantní mechanické energie. Ale pokud ji přijmeme, tak bychom měli být schopni ze znalosti M a R planety odhadnout poměrně přesně povrchový tlak, ne?

[vladan]

to Tomaš: Snad se nebude petrsida zlobit, že se do toho vložím. Nevím, že by v atmosféře bylo nějaké výrazné rozvrstvení plynů. Díky velice rychlému pohybu oné obří soustavy částic, dochází k velice dobrému "promíchávání". To, že je ve vyšších výškách víc O3 je důsledek právě těch "externích" sil, jak jsem je nazval - záření z kosmu excituje případně rozbíjí atomy O2 a ty se pak spojí do O3. Tedy, je zde továrna na výrobu O3.

[petrsida]

Ja jsem to srovnani myslel čistě na molekulární úrovni, hustotu plynu jsem neřešil, to je složitější problém. Kyslík v atmosféře je (podobně jako metan) nestabilní a je produkovaný biosférou (úžasná možnost, jak najít život na extrasolárních planetách). Takže čistě selským rozumem by jeho podíl směrem vzhůru měl klesat (zapátrám po tom). V určitých výškách dochází k jeho jonizaci na ozón, ta ale není stoprocentní, měla by postihovat jenom malou část molekul.

U toho glaciálu máš pravdu, že ten rozdíl bude minimální. To jsou zajímavější období, v křídě bylo průměrně výrazně tepleji, v době vzniku života byla atmosféra bez kyslíku, na počátku byla atmosféra plná vodní páry...

a když se vrátím k hlavnímu tématu fóra, když sleduju ty úžasný videa z ISS který ukazujou tu tenonkou 10 km slupku nad povrchem planety, která nám umožňuje žít, tak mě tyhle proměny fascinují

to co na povrchu bereme jako samozřejmost je z oběžné dráhy skoro zázrak a to bych možná považoval za největší přínos kosmonautiky, umožňuje nám vnímat sebe samé z úplně jiného úhlu pohledu, nejsme střed vesmíru a nejsme věční ....

[vladan]

Pánové, směl bych se zeptat ještě na něco, co nesouvisí kosmonautikou? V druhém odkazu, který poskytl petrsmida je věta:
Ztrátu hmoty nevyváží ani drobný přírůstek, který podle NASA vzniká v souvislosti s globálním oteplováním, kdy vyšší teplota v souladu se zákony termodynamiky navyšuje hmotu o 160 tun ročně.

O čem to mluví????? To převádí přírůstek kinetické energie na hmotnost?