なぜ標高が高いほうが寒いのか? 徹底した視覚的な説明。

エアパーセルが上昇すると、大気圧が低くなるにつれて膨張し始めます。 この現象は日常生活で観察可能です。 たとえば、ポテトチップスの袋(基本的にはジャンクフードが入った航空小包です)を高い標高に持っていくと、周囲の空気圧が低下するにつれて袋の中の空気が膨張します。 下のクリップは、コロラド州のパイクスピーク(空気圧が海面を見つけるよりも〜50%低い)まで駆動されるにつれて拡大するサンチップバッグを示してい

チップの袋は、それがより低い大気圧に遭遇するにつれて膨張する。 (クレジット:YouTubeユーザー@alittletoaster)

この同じタイプの拡張は丈夫な気球で、さらにもっと劇的に観察可能である。 下のタイムラプスクリップは、約90,000フィートの上昇の間に大気圧が減少するにつれて拡大し、航空小包の挙動を近似する上昇気象バルーンを示してい それは最終的に”これ以上”と言うと爆発するまで、バルーンは、元のボリュームの100倍以上に拡大します!

95,000フィートで拡大し、爆発する気象気球(パトリック-カリスの礼儀)

(それはより低い大気圧に遭遇するように)航空小包の急速な拡張は、それが大幅に冷却する原因となります—一般的に数度以上1,000フィートあたり。 上記の気象気球は、例えば、それが拡大するにつれて凍結温度以下の方法に冷却された。

この冷却は、分子レベルでは、航空小包が膨張するにつれて内部エネルギーの一部を消費するために発生します。 ある意味では、空気の小包が環境に”押し出す”ためにはエネルギーが必要です。 内部エネルギーの減少は、熱エネルギーの減少に対応する。 したがって、ガスの内部エネルギーが低下すると、その温度も低下します。 (ガスの詳細な熱力学的挙動と、いわゆる「断熱膨張」の性質に興味がある場合は、ここで詳細を学ぶことができます。)

膨張関連の冷却の良い家庭の例は、自転車のタイヤから空気を出すことです。 Ryanという名前の男がYouTubeでこれを以下に示しています。 ライアンは、彼の自転車のタイヤから空気ラッシュをすることができます; 空気は、高圧(タイヤの内側)から低圧(タイヤの外側)に移動するにつれて自然に膨張します。 予想されるように、空気は摂氏温度計で示されるように、プロセスで多く冷却されます。

自転車のタイヤから急いで空気が膨張し、冷却する(クレジット:YouTubeユーザー Ryan Bettens)

反対側では、航空小包がより大きな大気圧に遭遇すると、圧縮されて暖かくなります。 上のライアンは、自転車のタイヤを膨らませるために圧縮されたときに空気の温度がどのように上昇するかを示す別のビデオを投稿しました。

同様に、野生の外の航空小包は、より高い標高から低い標高に移動すると圧縮されて暖まります。 大気圧の上昇は小包を押しつぶし、それによって内部エネルギーをそれに移し、その温度を上昇させる。 それは死の谷-北アメリカで最も低いポイント-がとても暑い主な理由です: 標高の低いところに降下するどのような航空区画でも、その過程で激しい圧縮と温暖化を受けます。

第二の有益な例:なぜ山の中で寒いのですか?

飛行機の外で寒いという基本的な理由と同じ理由で、山は標高の低い場所よりも寒いです:空気は常に移動中であり、大気中で上方に移動する空気は

飛行機と山の大きな違いの1つは、山にいるときは空を飛ぶのではなく、陸に立っているということです。 土地は、太陽のエネルギーを吸収し、近くの空気に暖かさを移すのに非常に効果的です。 このタイプの温暖化は、空気自体が容易に日光を吸収しないので、飛行機が飛ぶ自由大気では起こりません。

このようにして、山や高原の表面に吸収された太陽光は、局所的な温度を上昇させるように作用します。 山の表面積が大きいほど、加熱効果が大きくなります。 しかし、山はまだ一般的に低い標高の土地よりも寒い理由があります。

まず、空気は常に移動しています: 与えられた山脈は、たとえ太陽によって著しく加熱されたとしても、他の空の高さの場所から吹く冷たい空気に遭遇します。 この空気の多くは、太陽で焼かれた表面で暖められていないため、かなり肌寒いでしょう。 実際、地球は比較的少量の高高度の表面を有しており、したがって、大規模に高高度の空気を加熱する能力が限られている。

第二に、山に到着した空気の一部は、大気圧の低下により、標高の低い場所から上昇し、膨張し、冷却されます。

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