når en luftpakke stiger, begynder den at ekspandere, da den støder på mindre atmosfærisk tryk. Dette fænomen kan observeres i hverdagen. For eksempel, hvis du tager en pose kartoffelchips (som dybest set er en luftpakke med noget junkfood inde) til en højere højde, vil luften inde i posen udvides, når det omgivende lufttryk falder. Klippet nedenfor viser en SunChips-taske, der udvides, da den køres op til Pikes Peak i Colorado (hvor lufttrykket er ~50% lavere, end du ville finde havets overflade).
den samme type ekspansion kan observeres, endnu mere dramatisk, i en robust ballon. Time-lapse-klippet nedenfor viser en stigende vejrballon, som tilnærmer sig en luftpakkes opførsel og udvides, når atmosfæretrykket falder under en ~90.000 fods stigning. Ballonen udvides til mere end 100 gange sin oprindelige lydstyrke, indtil den endelig siger “ikke mere” og eksploderer!
hurtig udvidelse af en luftpakke (da den støder på lavere atmosfærisk tryk) vil få det til at afkøle betydeligt — generelt et par grader eller mere pr.1.000 fod. Vejrballonen ovenfor afkøles for eksempel til langt under frysepunktet, da den ekspanderede.
denne afkøling opstår, fordi en luftpakke på molekylært niveau bruger noget af sin indre energi, når den udvides. På en måde kræves der energi for, at luftpakken kan “skubbe ud” i miljøet. En reduktion i intern energi svarer til en reduktion i varmeenergi. Derfor, når en gas indre energi falder, så gør dens temperatur. (Hvis du er interesseret i den detaljerede termodynamiske opførsel af gasser og arten af den såkaldte “adiabatiske ekspansion”, kan du lære mere her.)
et godt husholdningseksempel på ekspansionsrelateret køling er at lade luft ud af et cykeldæk. En fyr ved navn Ryan demonstrerer dette nedenfor på YouTube. Ryan lader luft skynde sig ud af sit cykeldæk; luften udvides naturligt, når den bevæger sig fra at være under højt tryk (inde i dækket) til lavere tryk (uden for dækket). Som forventet afkøles luften meget i processen, som det fremgår af Celsius temperaturmåleren.
på bagsiden, når en luftpakke støder på større atmosfærisk tryk, vil den komprimere og varme. Ryan fra oven sendte en anden video, der viser, hvordan luftens temperatur stiger, når den komprimeres for at pumpe et cykeldæk op.
tilsvarende bliver en luftpakke ude i naturen komprimeret og varmes, når den bevæger sig fra højere højde til lavere højde. Stigningen i atmosfærisk tryk klemmer pakken og derved overfører intern energi til den og øger dens temperatur. Det er en væsentlig grund til, at Death Valley – det laveste punkt i Nordamerika — er så varmt: enhver luftpakke, der falder ned til den lave højde, gennemgår intens kompression og opvarmning i processen.
et andet lærerigt eksempel: hvorfor er det koldere i bjergene?
bjerge er koldere end lavere højder af samme grundlæggende grund, at det er koldt uden for et fly: luft er altid på farten, og enhver luft, der bevæger sig opad i atmosfæren, udvides og afkøles.
en stor forskel mellem fly og bjerge er, at når du er på et bjerg, står du på land — snarere end at flyve på himlen. Jord kan være ret effektivt til at absorbere solens energi og overføre varme til nærliggende luft. Denne type opvarmning sker ikke i den frie atmosfære, hvor et fly flyver, da luften i sig selv ikke let absorberer sollys.
på denne måde vil sollys absorberet af overfladen af et bjerg eller et højt plateau virke for at øge lokale temperaturer. Jo større et bjergs overfladeareal er, desto større er opvarmningseffekten. Der er dog grunde til, at bjerge stadig generelt er koldere end land i lavere højder.
først er luften altid på farten: en given bjergkæde — selvom den opvarmes markant af solen-vil støde på kold luft, der blæser ind fra andre skyhøje steder. Meget af denne luft vil være ret kølig, fordi den ikke er blevet opvarmet af en solbagt overflade. Faktisk har jorden en relativt lille mængde højhøjde overflade og har således begrænset evne til at opvarme højhøjde luft i stor skala.
for det andet vil noget luft, der ankommer til bjergene, være steget op fra lavere højder, udvidet og afkølet på grund af faldet i atmosfærisk tryk.