când un colet de aer se ridică, acesta va începe să se extindă pe măsură ce întâlnește o presiune atmosferică mai mică. Acest fenomen este observabil în viața de zi cu zi. De exemplu, dacă luați o pungă de chipsuri de cartofi (care este practic o parcelă de aer cu niște junk food în interior) la o altitudine mai mare, aerul din interiorul pungii se va extinde pe măsură ce presiunea aerului din jur scade. Clipul de mai jos arată o pungă SunChips care se extinde pe măsură ce este condusă până la Pikes Peak din Colorado (unde presiunea aerului este cu ~50% mai mică decât nivelul mării).
același tip de expansiune este observabil, chiar mai dramatic, într-un balon robust. Clipul time-lapse de mai jos arată un balon meteorologic în creștere, care aproximează comportamentul unei parcele de aer, extinzându-se pe măsură ce presiunea atmosferică scade în timpul unei ascensiuni de ~90.000 de picioare. Balonul se extinde la mai mult de 100 de ori volumul său original, până când în cele din urmă spune „nu mai mult” și explodează!
expansiunea rapidă a unei parcele de aer (deoarece întâlnește o presiune atmosferică mai mică) va face ca aceasta să se răcească semnificativ — în general câteva grade sau mai mult la 1.000 de picioare. Balonul meteorologic de mai sus, de exemplu, s-a răcit la mult sub temperatura de îngheț pe măsură ce s-a extins.
această răcire are loc deoarece, la nivel molecular, un pachet de aer consumă o parte din energia sa internă pe măsură ce se extinde. Într-un sens, energia este necesară pentru ca parcela de aer să „împingă” în mediu. O reducere a energiei interne corespunde unei reduceri a energiei termice. Prin urmare, atunci când energia internă a unui gaz scade, la fel și temperatura acestuia. (Dacă sunteți interesat de comportamentul termodinamic detaliat al gazelor și de natura așa-numitei „expansiuni adiabatice”, puteți afla mai multe aici.)
un bun exemplu de uz casnic de răcire legată de expansiune este lăsarea aerului dintr-o anvelopă de bicicletă. Un tip pe nume Ryan demonstrează acest lucru mai jos pe YouTube. Ryan lasă aerul să iasă din cauciucul bicicletei; aerul se extinde în mod natural pe măsură ce trece de la presiune ridicată (în interiorul anvelopei) la presiune mai mică (în afara anvelopei). Așa cum era de așteptat, aerul se răcește foarte mult în acest proces, așa cum arată indicatorul de temperatură Celsius.
pe de altă parte, atunci când un colet de aer întâlnește o presiune atmosferică mai mare, acesta se va comprima și se va încălzi. Ryan de sus a postat un alt videoclip care arată cum crește temperatura aerului atunci când este comprimat pentru a umfla o anvelopă pentru biciclete.
în mod similar, o parcelă de aer din sălbăticie se comprimă și se încălzește atunci când se deplasează de la o altitudine mai mare la o altitudine mai mică. Creșterea presiunii atmosferice scade parcela, transferând astfel energia internă către ea și crescând temperatura acesteia. Acesta este un motiv major pentru care Valea Morții — cel mai jos punct din America de Nord — este atât de fierbinte: orice colet de aer care coboară la acel nivel scăzut al unei elevații suferă o compresie intensă și o încălzire în acest proces.
un al doilea exemplu instructiv: de ce este mai rece în munți?
Muntii sunt mai reci decat altitudinile joase din acelasi motiv de baza pentru care este frig in afara unui avion: aerul este mereu in miscare si orice aer care se misca in sus in atmosfera se va extinde si se va raci.
o diferență majoră între avioane și munți este că atunci când ești pe un munte, stai pe uscat — mai degrabă decât să zbori pe cer. Terenul poate fi destul de eficient pentru a absorbi energia soarelui și pentru a transfera căldura în aerul din apropiere. Acest tip de încălzire nu se întâmplă în atmosfera liberă în care zboară un avion, deoarece aerul în sine nu absoarbe ușor lumina soarelui.
în acest fel, lumina soarelui absorbită de suprafața unui munte sau a unui platou înalt va acționa pentru a crește temperaturile locale. Cu cât suprafața unui munte este mai mare, cu atât efectul de încălzire este mai mare. Cu toate acestea, există motive pentru care munții sunt încă în general mai reci decât Pământul la altitudini mai mici.
în primul rând, aerul este mereu în mișcare: un anumit lanț muntos — chiar dacă este încălzit semnificativ de soare — va întâlni aer rece care suflă din alte locații înalte. O mare parte din acest aer va fi destul de rece, deoarece nu a fost încălzit de o suprafață coaptă la soare. Într-adevăr, Pământul are o cantitate relativ mică de suprafață de înaltă altitudine și, prin urmare, are o capacitate limitată de a încălzi aerul de înaltă altitudine pe scară largă.
în al doilea rând, o parte din aerul care ajunge în munți se va ridica de la cote mai mici, se va extinde și se va răci din cauza scăderii presiunii atmosferice.