محتويات
ماذا يحدث عند ارتفاع درجة حرارة الهواء
تزداد المسافة بين جزيئات الهواء، وتقل كثافته .
أن الهواء في كل مكان حولنا، على الرغم من صعوبة رؤيته، فيتكون الهواء من جزيئات تتحرك بشكل مستمر، ومع ارتفاع درجة حرارة الهواء، تبدأ تلك الجزيئات في الاهتزاز، والتصادم مع بعضها البعض، وذلك يُزيد من المساحة حول كل جزيء، وذلك نظرًا إلى أن كل جزيء من جزيئات الهواء، يقوم باستخدام مساحة أكبر من أجل الحركة، وحينها نتساءل ماذا يحدث عند ارتفاع درجة حرارة الهواء.
والإجابة هي أن الهواء يتمدد الهواء، ويصبح أقل كثافة، أي أخف من الطبيعي، وبمعنى آخر، يقوم الهواء بشغل نفس العدد من الجزيئات، من الهواء ذات المساحة الأكبر، أو يشغل نفس مساحة الحجم،مع زيادة ضغط الهواء، أما في حالة برودة الهواء، فنلاحظ أن له التأثير المعاكس، وذلك يحدث عند انخفاض درجة الحرارة، وبالتالي تتحرك الجزيئات بشكل أبطأ، وحينها تشغل مساحة أقل بكثير من المساحة المشغولة عند درجة الحرارة المنخفضة، وبالتالي يقل ضغط الهواء.
لماذا يرتفع الهواء الساخن
يرتفع الهواء الساخن عندما يصبح أبرد .
وهذه المعلومة تعتبر هي مفتاح الطقس، حيث يتعرض الهواء المتصاعد إلى انخفاض درجة الحرارة، وعلى الرغم من أن الحرارة لا يتم فقدانها بالخارج، فالانخفاض في درجة الحرارة، هو عبارة عن نتيجة لانخفاض الضغط الجوي، وذلك الانخفاض يكون على ارتفاعات أعلى، فإذا تم تقليل ضغط الهواء المحيط، فسوف يتم حينها طرد الهواء المتصاعد، ووقتها سوف تعمل جزيئات الهواء أثناء تمددها.
وذلك بالطبع سوف يؤثر على درجة حرارة الطرد، وهو متوسط الطاقة الحركية الموجودة للجزيئات في طرد الهواء، ونرى أنه تتمثل إحدى نتائج قوانين الديناميكا الحرارية، في وجود العلاقة العكسية بين حجم طرد الهواء ودرجة حرارته، وذلك يكون أثناء عملية التمدد أو عملية الانضغاط، وبالتالي يظل إجمالي كمية الطاقة في عملية الطرد كما هو، مما يعني أنه لا تتم إضافة شيء، أو حتى فقدانه.
كما يمكن أيضًا استخدام، تلك الطاقة، من أجل القيام بعملية التمدد، أو حتى من أجل الحفاظ على طرد درجة الحرارة، وحينها لا يمكن استخدامها لكلتا العمليتين، فإذا كانت الكمية الإجمالية للحرارة في جزء من الهواء ثابتة، أي لا يتم فيها إضافة أو إطلاق أي حرارة، فحينها تحدث عملية التمدد، وتنخفض درجة الحرارة، والعكس أنه عندما يتم ضغط الطرد، ترتفع حينها درجة الحرارة، في الغلاف الجوي، أما في حالة إجبار جزء من الهواء على النزول، فسوف يتم تسخينه مرة أخرى، دون أن يأخذ حرارة من الخارج.
وهذا هو ما يُسمى بالتسخين والتبريد الحراري، وهذا المصطلح يعني أن ثابت الحرارة، يُحدث تغير في درجة حرارة الطرد الهوائي، دون أي اكتساب، أو فقدان في الحرارة من خارج طرد الهواء، وتعتبر تلك العملية من العمليات المهمة جدًا في الغلاف الجوي، وهي التي تعمل على التبريد الثابت لحرارة الهواء الصاعد، وذلك هو السبب الرئيسي في تكوين السحب. [1]
تعريف الهواء
- التعريف الحديث.
- التعريف القديم.
للهواء تعرفين، وذلك ما لم يعرفه الجميع، ولكن ليس هناك اختلاف كبير بين التعريفين، حيث يتفقون على شيء واحد،وهو أن الهواء عبارة عن مزيج من الغازات، ولكن باختلاف بعض المصطلحات، وفيما يلي سوف نتعرف على التعريف الحديثة، والتعريف القديم، وإليك هم:
التعريف الحديث: أن الهواء هو الاسم العام لمجموعة الغازات المتواجدة به، وهي الغازات التي تكون الغلاف الجوي للأرض، حيث يتكون الهواء بشكل أساسي، من غاز النيتروجين بنسبة 78%، والأكسجين بنسبة 21%، والأرجون بنسبة 9.0%، وثاني أكسيد الكربون بنسبة 0.04%، أما بخار الماء فهو موجود في الهواء بنسب مختلفة، وبصفة عامة الهواء النقي ليس له رائحة مميزة، ولا لون على الرغم من كمية الغازات الموجودة به، بالإضافة إلى الغبار وحبوب اللقاح والجراثيم المتواجدة بالهواء، وتلك الملوثات كلها، هي ما يُطلق عليها تلوث الهواء.
التعريف القديم: يطلق على الهواء في التعريف القديم، على أنه مصطلح كيميائي مبكر لنوع من الغازات، وفي ذلك التعريف القديم، عرفوا الهواء على أنه يتكون من أنواع فردية كثيرة من الغازات، وتم تقسيم الهواء، ومن ضمن تلك التقسيمات، الهواء الحيوي، وهو الذي يحتوي على الأكسجين، و الفلو غريكو، وهو الجزء المحتوي على النيتروجين، وقد أشار الكيميائيين على أنه أي غاز ناتج من تفاعل كيميائي يُسمى هواء. [2]
مكونات الهواء
- غازات.
- بخار ماء.
- غبار الغلاف الجوي.
- كيمياء الغلاف الجوي.
- كيمياء الهواء.
يوجد ثلاثة أرباع الهواء في طبقة التروبوسفير، والتروبوسفير، هي الطبقة الخارجية من طبقات الغلاف الجوي للأرض، فالهواء عبارة، عن مزيج من الغازات، التي معظمها يحدث بشكل طبيعي، كما يحتوي على كمية كبيرة جدًا من ملوثات الهواءـ التي نتجت من صنع الإنسان، والتي فيها الملوثات الغير الآمنه للتنفس، كما تحتوي طبقة التروبوسفير أيضًا على الماء، وذلك في جميع المراحل الثلاث، سواء كانت المرحلة السائلة، أو الصلبة، أو الغازية، بالإضافة إلى الجزيئات الصلبة التي تُسمى الهباء الجوي.
غازات: يعتبر النيتروجين، هو الغاز الطبيعي الأكثر وفرة في الهواء، ويأتي بعد الأكسجين، ثم الأرجون الخامل، وهو ثالث أكثر الغازات وفرة، كما أنه يوجد كميات ضئيلة من بعض الغازات الأخرى مثل، غاز ثاني أكسيد الكربون، والنيون، والهيليوم، والميثان، والكريبتون، وغاز أكسيد النيتروز، والزينون، والكثير من الغازات الأخرى في الغلاف الجوي.
بخار ماء: تتغير كمية الماء الموجودة في الهواء باستمرار، فنجد أن الجزء السفلي من طبقة التروبوسفير، يحتوي على 4% من بخار الماء، وذلك يكون في المناطق القريبة من المناطق المدارية، بينما نلاحظ أن القطبان يحتويان على كميات ضئيلة جدًا من بخار الماء، فينخفض بخار الماء بشكل كبير جدًا مع الارتفاع، وبالتالي نجد أن الجزء العلوي من طبقة التروبوسفير، على كمية بخار ماء أقل من الهواء، وذلك بالقرب من السطح.
غبار الغلاف الجوي: يحتوي الهواء أيضًا على جزيئات كثيرة، صلبة وصغيرة تُسمى الهباء الجوي، والهباء الجوي هو الغبار وملح البحر والرماد الناتج عن اندلاع البراكين أو حرائق الغابات، فيوجد العديد من هذه الجسيمات صغيرة، في الغلاف الجوي، فبعضها مجهرية، لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة، والبعض الآخر كبير ويمكن رؤيتة، وبشكل عام، يؤثر الهباء الجوي على المناخ، وذلك من خلال مساعدة السحب على تكوين وتظليل الكوكب، وذلك أيضًا عن طريق نثر أشعة الشمس أو امتصاصها، ففي القرن الماضي كان قد أدى تصنيع محركات الاحتراق، واستخدامها على نطاق واسع إلى زيادة عدد الهباء الجوي في الغلاف الجوي، ومن هنا حدث انبعاث للجسيمات من المداخن، وأنابيب العادم، كما أن لحرق الأخشاب دور أيضًا في إضافة جزيئات الهواء.
كيمياء الغلاف الجوي: تتدخل الكيمياء في أي شيء موجود حولنا، وبالتالي نجد أن الهواء عبارة عن اتحاد للعديد من المواد الكيميائية، ومن خلال التفاعلات الكيميائية، الحادثة في الجو، يتم الحفاظ على البيئة الطبيعية، من خلال الحفاظ على صحة وحيوية النباتات والحيوانات، مثل غاز النيتروجين، المهم للتربة، والأكسجين اللازم لإتمام عملية التنفس للنباتات والحيوانات، كما يتسبب الأكسجين في تفاعلات الأكسدة، التي بدورها تساعد على تكسير المواد، وإطلاق المغذيات في التربة. [3]
