§ 27. Температура повітря

Вимірювання температури повітря. Інформація про температуру повітря, яка постійно змінюється, нас цікавить завжди. Це допомагає правильно вибрати одяг та скоригувати наші справи. Визначити температуру повітря можна за допомогою термометрів різної конструкції (мал. 155). Щоб одержать достовірні результати, термометр слід тримати в затінку, інакше отримаємо не температуру повітря, а температуру нагрітої поверхні приладу. Числові значення показань термометра залежать від обраної температурної шкали. У більшості країн, у тому числі й в Україні, застосовують термометри зі шкалою, запропонованою шведським ученим Андерсом Цельсієм.

Мал. 155. Термометри: а, б – рідинні (а – спиртовий, б – ртутний) в – механічний, г – електронний.

Принцип дії. Рідинний термометр. Колба з рідиною контактує з повітрям. Рідина, нагріваючись до рівня нагрітості повітря, розширюється й підіймається вгору трубочкою до певної позначки шкали; охолоджуючись – стискається й опускається. Механічний термометр діє як рідинний, але датчиком є металева спіраль або стрічка. В електронний термометр вбудований чутливий елемент, який фіксує інфрачервоні випромінювання й виводить результати на електронний дисплей.

Завдання. 1. Визначте температуру за спиртовим, механічним та електронним термометрами. За яким термометром для вас це зробити легше? 2. Іноді на рідинному термометрі подають дві шкали: за Цельсієм (°С) та Фаренгейтом (°F). Поясніть, чому українські школярі, побачивши на термометрі температуру повітря 32 °С, збираються на пляж, а англійські за 32 °F, збираючись на прогулянку тепло вдягаються.

Нагрівання атмосферного повітря. Виявляється, Сонце безпосередньо не здатне нагріти прозоре повітря. Його проміння вільно проходить крізь нього, як крізь скло вікна на підвіконня. Сонце гріє освітлену ним земну поверхню, а вже від неї тепло передається молекулам повітря. Тому чим далі вгору від земної поверхні, тим холодніше (мал. 156). Ось чому в горах значно прохолодніше, ніж на рівнині.

Мал. 156. Як нагрівається атмосферне повітря

Завдання. 1. Роздивіться малюнок. Розкажіть поетапно, як відбувається нагрівання повітря. 2. Поясніть, чому температура повітря з висотою знижується. 3. Яка існує закономірність зміни температури повітря з висотою в тропосфері?

Розподіл тепла в тропосфері. Було помічено, що з висотою в межах тропосфери температура повітря знижується з чіткою закономірністю: на кожний кілометр вгору холоднішає на 6 °С. Свого мінімуму температура повітря досягає на висоті 18-20 км: близько -60 °С. У більш високих шарах атмосфери існують свої закономірності зміни температури.

Добовий хід температури повітря. Температура повітря змінюється протягом доби. Зранку, перед сходом Сонця, буває найхолодніше; о 14-15 годині – найтепліше; увечері температура знову знижується. Чим вище підіймається Сонце, тим його промені під більшим кутом падають на земну поверхню. При цьому вони обігрівають меншу площу, тобто гріють сильніше. Найвище Сонце буває опівдні. Тому в цей час його промені під найбільшим кутом падають на земну поверхню. Від нагрітої поверхні поступово нагрівається повітря. Зранку сонячне проміння під дуже гострим кутом поширюється на велику площу, тому мало нагріває поверхню. Відповідно від землі слабо нагрівається й повітря. Отже, температура повітря залежить, насамперед, від кута падіння променів Сонця на земну поверхню (мал. 157). Також на температуру повітря впливають хмарність, опади, напрям вітру.

Мал. 157. Залежність температури повітря від кута падіння променів Сонця на земну поверхню

Завдання. Роздивіться малюнки та з’ясуйте: 1. Як змінюється кут падіння променів Сонця на земну поверхню протягом світлового дня. Як це впливає на температуру повітря? 2. Коли протягом дня температура повітря є найвищою й найнижчою. Поясніть чому. 3. Поміркуйте: як змінюється температура повітря протягом ночі.

Річний хід температури повітря. Кут падіння променів Сонця на земну поверхню змінюється й протягом року. У районі екватора ці коливання незначні, тому там температура повітря увесь рік однаково висока: панує «вічне літо». Тут є дні, коли промені Сонця прямовисно, під кутом 90 , падають на земну поверхню. Тоді кажуть, що Сонце в зеніті.

Чим далі від екватора, тим відчутніша різниця температур зими й літа. З року в рік відбуваються істотні коливання температури з різних причин. Але завжди в Північній півкулі січень холодніший за липень, а грудень – за серпень, оскільки кут падіння променів Сонця на земну поверхню значно менший у зимові місяці, ніж у літні (мал. 158).

Мал. 158. Залежність річного ходу температури повітря від кута падіння променів Сонця на земну поверхню (на прикладі Києва)

Оскільки під різним кутом промені Сонця падають на земну поверхню, одна й та ж сама кількість світла й тепла потрапляє на різну площу.

Завдання. Роздивіться малюнки та з’ясуйте: 1. Під яким кутом промені Сонця падають на земну поверхню в Києві у різні пори року. Як це впливає на температуру повітря? 2. Поясніть, чому 23 вересня та 21 березня Сонце знаходиться на однаковій висоті, але температури повітря значно відрізняються.

Спостереження за температурою повітря. Дослідженням процесів та явищ в атмосфері займається наука метеорологія (від грец. – високо в небі + знання), а її розділ синоптика (від дав.- грец. – спостерігаю все разом) – чинників, що визначають стан погоди та її прогнозуванням. Регулярні спостереження за погодою проводять на метеорологічних станціях за допомогою метеорологічних приладів. Так, показники термометра знімають кожні три години. За отриманими даними з метою визначення тенденцій у змінах температури проводять ряд обчислень. Розраховують середньодобову, середньомісячну та середньорічну температури повітря, як середню арифметичну величину, додавши всі здобуті показники й поділивши на кількість значень.

Розраховують також амплітуду коливання температур, як різницю між її найбільшим і найменшим значеннями. Якщо температури враховують протягом доби, амплітуду називають добовою; між середньодобовою температурою найбільш теплої і найбільш холодної доби протягом місяця – місячною; між середньою температурою найтеплішого й найхолоднішого місяців року – річною. Щоб наочно простежити зміни температур протягом доби, місяця, року, кількох років поспіль, будують графіки ходу температур (мал. 159).

Мал. 159. Графік річного ходу середніх температур повітря для Києва (за даними Центральної геофізичної обсерваторії імені Бориса Срезневського)

Завдання. За графіком з’ясуйте: 1. Який місяць року в Києві є найхолоднішим та найтеплішим? Які спостерігаються середні температури повітря в ці місяці? Порахуйте річну амплітуду коливання температур повітря. 3. В які місяці року відбувається перехід через 0 °С? 4. Визначте середні температури кожного місяця та розрахуйте середньорічну температуру повітря.

«Вірю – не вірю»: перевіряємо інформацію

• Слово «температура» виникло у XVIII ст., коли люди помилково вважали, що існує особлива невидима й невагома речовина «теплець», яка перетікає від теплого тіла до холодного, нагріваючи його. Тому в більш нагрітих тілах утримується більша кількість теплецю, ніж у менш нагрітих. А температуру сприймали як міцність суміші речовини й теплецю. Тому за аналогією до одиниці міцності спиртних напоїв одиницю температури назвали так само – градус. З розвитком науки в XIX ст. теорія повністю була відкинута. Але й донині французька назва теплецю (calorique) збереглася в назві одиниці кількості енергії – калорії.

ОЦІНЮЄМО СВОЇ ДОСЯГНЕННЯ • усього 12 балів

1 бал • 1. Поясніть, як правильно слід вимірювати температуру повітря. 2. Поясніть, як та чому змінюється температура повітря з висотою. 2 бали • 3. Протягом доби на метеостанції здійснили вимірювання температури повітря 4 рази. О 07.00 вона становила -5 °С; о 13.00 – +3 °С; о 19.00 – +1 °С; о першій годині ночі – 0 °С. Виходячи з цього, з’ясуйте, якою є середньодобова температура та добова амплітуда коливання температур повітря в даній місцевості. 4. Перед початком польоту повітряної кулі з мандрівниками термометр показував температуру повітря +14 °С. Після набору висоти за бортом температура становила -4 °С. Виходячи з цього з’ясуйте, на яку висоту піднялася повітряна куля? 3 бали • 5. Поясніть залежність температури повітря від різних чинників протягом доби та протягом року. 6. Поясніть, чому метеорологи не лише вивчають атмосферу, але й працюють в урядових і військових організаціях, в авіації, мореплавстві, сільському господарстві, будівництві, на телебаченні.

Яку будову має атмосфера. 6 клас – географія. Гільберг

Ми живемо на дні повітряного «океану» – атмосфери, яка впливає на наше самопочуття, працездатність, творчу активність.

Атмосфера – повітряна оболонка Землі (з гр. atmos – «пара» та sphaira – «куля», «оболонка»).

Метеорологія – наука про земну атмосферу, яка вивчає її фізичні явища та процеси. Назва походить з гр. meteoros – «піднятий угору», «небесний» і logos – «вчення».

Повітряна оболонка разом із Землею здійснює добове обертання навколо земної осі й навіть річний рух навколо сонячної орбіти.

Вивченням атмосфери займаються метеорологи.

Мал. 1. Чинники, які зумовили утворення атмосфери

Користуючись малюнком 2, складіть розповідь або створіть малюнок «Значення атмосфери». Розповідь супроводжуйте прикладами.

Що входить до складу атмосфери.

Повітря – це складна суміш різноманітних газів, основним з яких є кисень.

Спробуємо впевнитися в тому, що у повітрі, яке нас оточує, є кисень. Для цього проведемо дослід.

Вам знадобляться: тарілка, склянка води, харчова фарба, дві свічки, сірники або запальничка, склянка, паличка (дерев’яна чи скляна).

Відомо, що кисень підтримує горіння.

Хід досліду

Налийте в тарілку води, додайте харчової фарби й перемішайте (мал. 3).

Мал. 3. Демонстрація досліду

Опустіть на воду дві свічки, підпаліть їх і поспостерігайте.

Прикрийте одну свічку склянкою. Що відбулося?

Перегляньте відео і накресліть у зошиті діаграму «Склад атмосфери».

Поміркуйте, до яких природних змін призвело б: а – збільшення кисню в складі повітря; б – зменшення вуглекислого газу в складі повітря.

Розгляньте таблицю «Зміна складу земної атмосфери». Як ви вважаєте, чи змінюється склад повітря в наш час? Які чинники впливають на склад повітря? Чи впливає діяльність людини на склад атмосфери і процеси, які в ній відбуваються? Наведіть приклади.

Зміна складу земної атмосфери

Яку будову має атмосфера.

Атмосфера Землі поділяється на 5 шарів: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, екзосфера (мал. 4). Місце, де закінчується і починається кожен шар атмосфери, визначають чотири ключові характеристики: зміна температури, хімічний склад, щільність та рух газів. Кожен із шарів атмосфери відіграє свою роль у захисті всіх видів життя на Землі.

Розгляньте малюнок 4 «Будова атмосфери» й перегляньте відео про будову атмосфери. Виготуйте модель атмосфери.

Наведіть доказ того, що тропосфера є найважливішим шаром атмосфери для життя людини.
Назвіть відмінності в особливостях тропосфери та стратосфери.

Коли альпіністи й альпіністки підіймаються на Еверест, вони зазвичай беруть із собою кисневі балони. Подумайте, з якою метою.

Чи доводилося вам долати відстані літаком? Якими враженнями і відчуттями можете поділитися? Чи пам’ятаєте, на якій висоті здійснювався політ? Яка температура була за бортом? Цю інформацію надають пасажирам під час польоту. Зверніть на це увагу під час наступних подорожей.

Подумайте, чому людям закладає вуха під час зльоту. За потреби скористайтеся підказкою.

Чому людям закладає вуха під час зльоту?
Коли ви підіймаєтеся в атмосферу, тиск чи вага атмосфери над вами швидко слабшає. Попри те, що пасажирські літаки мають герметичні салони, швидкі зміни висоти можуть вплинути на тонку євстахієву трубу в пасажирів, що з’єднує вухо з носом та горлом. Ось чому людям закладає вуха під час зльоту. Зрештою, повітря стає занадто розрідженим, щоб звичайні літаки взагалі могли літати. До того ж такі літальні апарати не можуть створювати достатньої підіймальної сили.

Географічні рекорди.
Максимальна висота для пасажирських літаків, вище якої двигуни починають «задихатися» від нестачі кисню, – 12 км. 14 жовтня 2012 року австрійський парашутист Фелікс Баумгартен (мал. 5) здійснив стрибок з висоти 38 км. Його назвали «стрибком із космосу». Щоб захистити сміливця від можливих проблем, було створено спеціальний скафандр.

Як ви вважаєте, від чого повинен був захистити скафандр парашутиста?

Чому атмосфера потребує охорони.

Атмосферне повітря змінюється під впливом природних та антропогенних (діяльність людини) чинників (мал. 6).

Природне забруднення атмосферного повітря існувало завжди. Особливо цей процес відбувається там, де немає або мало рослинності, – у степу, пустелі, де вітер досить легко видуває частинки ґрунту і піднімає їх в атмосферу.

Потужні викиди в атмосферу промислових шкідливих речовин, вихлопних газів автомобілів, застосування аерозолів у побуті становлять антропогенне забруднення повітря.

Проаналізуйте малюнок 6. За потреби доповніть чинники забруднення атмосфери і зробіть висновок.

Забруднення атмосферного повітря – це будь-яка зміна складу і властивостей повітря, що негативно впливає на людей, рослини і тварин.

Від стану атмосферного повітря залежить самопочуття і здоров’я людини. За рахунок заходів щодо зниження рівня забруднення повітря країни можуть зменшити складність перебігу хвороб серця, раку легень, астми, гострих та хронічних респіраторних захворювань.

Від забруднення повітря страждають і всі інші живі істоти, які змушені мігрувати в пошуках чистішого середовища існування.

Назвіть чинники, які найбільше забруднюють повітря у вашій місцевості.

• Атмосфера – повітряна (газова) оболонка Землі, що захищає нашу планету від перегрівання сонячним промінням удень і від переохолодження вночі.
• Повітря – суміш газів. Найважливішим для життя є кисень.
• Атмосфера Землі складається з 5 шарів: тропосфери, стратосфери, мезосфери, термосфери, екзосфери.
• Атмосфера змінюється під впливом природних та антропогенних чинників, тому потребує охорони.

1. Назвіть особливості Землі, які дають організмам можливість існувати на ній. Який шар атмосфери є дуже важливим для всього живого?

2. Як змінюється щільність атмосферного повітря з висотою?

3. Зважаючи на актуальність і потреби людського розвитку, спрогнозуйте напрями досліджень атмосфери в майбутньому.

4. Що можете зробити ви, щоб зменшити забруднення повітря? Назвіть три найважливіші, на вашу думку, заходи. Порівняйте запропоновані вами заходи із заходами, поданими на схемі.

5. Оцініть свою діяльність на уроці. Дайте відповіді на запитання:

• Що нового дізналися на уроці?
• Хто і як допомагав вирішувати завдання?
• Які знання, отримані на уроці, знадобляться в майбутньому?

Чи відомо, де закінчується земна атмосфера та починається космос? Прочитайте інформацію за QR-кодом і дайте відповідь на запитання.
Дізнайтеся, які планети Сонячної системи мають повітряну оболонку.

Де закінчується атмосфера?
Ділянка, яку вчені визначили як кінець атмосфери та початок космосу, – лінія Кармана, названа на честь Теодора фон Кармана, американського фізика угорського походження. У 1957 році він став першою людиною, яка спробувала визначити кордон між Землею та космічним простором.

Ця лінія, враховуючи, що вона позначає кордон між Землею та космосом, не лише вказує, де є межі можливостей літаків. Вона також має вирішальне значення для вчених та інженерів для з’ясування того, як утримувати космічні кораблі та супутники на орбіті навколо Землі.

Лінія Кармана – це приблизна ділянка, що позначає висоту, вище за яку супутники зможуть обертатися навколо Землі, не згоряючи й не падаючи з орбіти, перш ніж здійснять оберт навколо нашої планети хоча б один раз. Лінія Кармана перебуває на висоті 100 км над рівнем моря.

Різні фактори, як-от розмір і форма супутника, відіграють роль у визначенні того, який опір повітря він відчуватиме, і, отже, його здатність успішно обертати- ся навколо Землі.
Зазвичай супутники, що перебувають на низькій навколоземній орбіті, через кілька років падають з орбіти через гальмування верхніх шарів атмосфери Землі, що поступово уповільнюють орбітальну швидкість. Низька навколоземна орбіта – класифікація, яка зазвичай присвоюється супутникам на висоті менше ніж 2000 км, але іноді – на висоті до 160 км над Землею.

Однак це не означає, що атмосферу Землі неможливо виявити за межами 1000 км.

Атмосфера не може просто так взяти й зникнути, щойно ви потрапите в ділянку, де обертаються супутники. До того, як ознаки земної атмосфери зникнуть, пройдуть тисячі й тисячі кілометрів. Зовнішні атоми земної атмосфери, атоми водню, з яких складається її геокорона (найвіддаленіша ділянка атмосфери), можуть простягатися навіть за межі Місяця.