Давление воздуха на высоте 40 км

Давление воздуха на высоте 40 км

Тропосфера

Её верхняя граница находится на высоте 8—10 км в полярных, 10—12 км в умеренных и 16—18 км в тропических широтах; зимой ниже, чем летом. Нижний, основной слой атмосферы содержит более 80 % всей массы атмосферного воздуха и около 90 % всего имеющегося в атмосфере водяного пара. В тропосфере сильно развиты турбулентность и конвекция, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны. Температура убывает с ростом высоты со средним вертикальным градиентом 0,65°/100 м

Тропопауза

Переходный слой от тропосферы к стратосфере, слой атмосферы, в котором прекращается снижение температуры с высотой.

Стратосфера

Слой атмосферы, располагающийся на высоте от 11 до 50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11—25 км (нижний слой стратосферы) и повышение её в слое 25—40 км от −56,5 до 0,8 °С (верхний слой стратосферы или область инверсии). Достигнув на высоте около 40 км значения около 273 К (почти 0 °C), температура остаётся постоянной до высоты около 55 км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой.

Стратопауза

Переходный слой между мезосферой и термосферой. В вертикальном распределении температуры имеет место минимум (около —90 °C).

Линия Кармана

Высота над уровнем моря, которая условно принимается в качестве границы между атмосферой Земли и космосом. Линия Кармана находится на высоте 100 км над уровнем моря.

Граница атмосферы Земли

Принято считать, что граница атмосферы Земли и ионосферы находится на высоте 118 километров. Это показывает анализ параметров движения высокоэнергетических частиц, перемещающихся в атмосфере и ионосфере.

Термосфера

Термопауза

Область атмосферы прилегающая сверху к термосфере. В этой области поглощение солнечного излучения незначительно и температура фактически не меняется с высотой.

Экзосфера (сфера рассеяния)

Экзосфера — зона рассеяния, внешняя часть термосферы, расположенная выше 700 км. Газ в экзосфере сильно разрежен, и отсюда идёт утечка его частиц в межпланетное пространство (диссипация).

До высоты 100 км атмосфера представляет собой гомогенную хорошо перемешанную смесь газов. В более высоких слоях распределение газов по высоте зависит от их молекулярных масс, концентрация более тяжёлых газов убывает быстрее по мере удаления от поверхности Земли. Вследствие уменьшения плотности газов температура понижается от 0 °C в стратосфере до −110 °C в мезосфере. Однако кинетическая энергия отдельных частиц на высотах 200—250 км соответствует температуре

150 °C. Выше 200 км наблюдаются значительные флуктуации температуры и плотности газов во времени и пространстве.

На высоте около 2000—3500 км экзосфера постепенно переходит в так называемый ближнекосмический вакуум, который заполнен сильно разреженными частицами межпланетного газа, главным образом атомами водорода. Но этот газ представляет собой лишь часть межпланетного вещества. Другую часть составляют пылевидные час­тицы кометного и метеорного происхождения. Кроме чрезвычайно разреженных пылевидных частиц, в это пространство проникает электромагнитная и корпускулярная радиация солнечного и галактического происхождения.

На долю тропосферы приходится около 80 % массы атмосферы, на долю стратосферы — около 20 %; масса мезосферы — не более 0,3 %, термосферы — менее 0,05 % от общей массы атмосферы. На основании электрических свойств в атмосфере выделяют нейтросферу и ионосферу. В настоящее время считают, что атмосфера простирается до высоты 2000—3000 км.

В зависимости от состава газа в атмосфере выделяют гомосферу и гетеросферу. Гетеросфера — это область, где гравитация оказывает влияние на разделение газов, так как их перемешивание на такой высоте незначительно. Отсюда следует переменный состав гетеросферы. Ниже её лежит хорошо перемешанная, однородная по составу часть атмосферы, называемая гомосфера. Граница между этими слоями называется турбопаузой, она лежит на высоте около 120 км.

Атмосфера земли и физические свойства воздуха.

Привет, друзья!

Эта тема должна была появится на сайте одной из первых. Ведь самолеты и вертолеты – атмосферные летательные аппараты. Атмосфера Земли – их, так сказать, среда обитания :-). А физические свойства воздуха как раз и определяют качество этого обитания :-). То есть это одна из основ. И об основе всегда пишут вначале. Но сообразил я об этом только сейчас. Однако лучше, как известно, поздно, чем никогда… Коснемся этого вопроса, в дебри и ненужные сложности однако не залезая :-).

Итак… Атмосфера Земли. Это газовая оболочка нашей голубой планеты. Такое название всем известно. А почему голубая? Просто потому, что «голубая» ( а также синяя и фиолетовая ) составляющая солнечного света (спектра) наиболее хорошо рассеивается в атмосфере, окрашивая ее тем самым в голубовато-синеватые, иногда с оттенком фиолетового тона (в солнечный день, конечно :-)).

Состав атмосферы Земли.

Состав атмосферы достаточно широк. Перечислять в тексте все составляющие не буду, для этого есть хорошая иллюстрация.Состав всех этих газов практически постоянен, за исключением углекислого газа ( СО₂ ). Кроме того в атмосфере обязательно содержится вода в виде паров, взвеси капель или кристаллов льда. Количество воды непостоянно и зависит от температуры и, в меньшей степени, от давления воздуха. Кроме того атмосфера Земли (особенно нынешняя) содержит и определенное количество я бы сказал «всякой гадости» :-). Это SO _{2 ,} NH _{3 ,} CO , HCl , NO , кроме того есть там пары ртути Hg . Правда все это находится там в небольших количествах, слава богу :-).

Атмосферу Земли принято делить на несколько следующих друг за другом по высоте над поверхностью зон.

Первая, самая близкая к земле — это тропосфера . Это самый нижний и, так сказать, основной слой для жизнедеятельности разного вида. В нем содержится 80% массы всего атмосферного воздуха (хотя по объему она составляет всего около 1% всей атмосферы) и около 90% всей атмосферной воды. Основная масса всех ветров, облаков, дождей и снегов 🙂 — оттуда. Тропосфера простирается до высот порядка 18 км в тропических широтах и до 10 км в полярных. Температура воздуха в ней падает с подъемом на высоту примерно 0,65º на каждые 100 м.

Зона вторая – стратосфера . Надо сказать, что между тропосферой и стратосферой выделяют еще одну узкую зону – тропопаузу . В ней прекращается падение температуры с высотой. Тропопауза имеет среднюю толщину 1,5- 2 км, но границы ее нечетки и тропосфера часто перекрывает стратосферу.

Так вот стратосфера имеет высоту в среднем от 12 км до 50 км. Температура в ней до 25 км остается неизменной (порядка -57ºС), затем где-то до 40 км повышается примерно до 0ºС и далее до 50 км остается неизменной. Стратосфера – относительно спокойная часть атмосферы земли. Неблагоприятные погодные условия в ней практически отсутствуют. Именно в стратосфере располагается знаменитый озоновый слой на высотах от 15-20 км до 55-60 км.

Далее следует небольшой пограничный слой стратопауза , температура в которой сохраняется около 0ºС, и затем следующая зона мезосфера. Она простирается до высот 80-90 км, и в ней температура падает примерно до 80ºС. В мезосфере обычно становятся видны мелкие метеоры, которые начинают в ней светиться и там же сгорают.

Следующий узкий промежуток – мезопауза и за ней зона термосфера . Ее высота – до 700-800 км. Здесь температура опять начинает повышаться и на высотах порядка 300 км может достигать величин порядка 1200ºС. Далее она остается постоянной. Внутри термосферы до высоты около 400 км расположена ионосфера. Здесь воздух сильно ионизирован из-за воздействия солнечной радиации и обладает большой электропроводностью.

Следующая и, вобщем-то, последняя зона – экзосфера . Это так называемая зона рассеяния . Здесь в основном присутствует очень сильно разреженный водород и гелий (с преобладанием водорода). На высотах порядка 3000 км экзосфера переходит в ближнекосмический вакуум.

Вот примерно где-то так. Почему примерно? Потому что слои эти достаточно условны. Возможны различные изменения высоты, состава газов, воды, величины температуры, ионизации и так далее. Кроме того существует еще немало терминов, определяющих строение и состояние атмосферы земли.

Например гомосфера и гетеросфера . В первой атмосферные газы хорошо перемешаны, и их состав достаточно однороден. Вторая расположена выше первой и такого перемешивания там уже практически нет. Газы в ней разделяет гравитация. Граница между этими слоями расположена на высоте 120 км, и называется она турбопауза .

С терминами пожалуй покончим, но обязательно еще добавлю, что условно принято считать, что граница атмосферы расположена на высоте 100 км над уровнем моря. Эта граница называется Линия Кармана .

Добавлю еще две картинки для иллюстрации строения атмосферы. Первая, правда, на немецком, но зато полная и достаточно легка в понимании :-). Ее можно увеличить и хорошо рассмотреть. Вторая показывает изменение температуры атмосферы с высотой.

Строение атмосферы Земли.

Изменение температуры воздуха с высотой.

Современные пилотируемые орбитальные космические аппараты летают на высотах около 300-400 км . Однако это уже не авиация, хотя область, конечно, в определенном смысле близкородственная, и мы о ней еще непременно поговорим :-).

Зона авиации – это тропосфера. Современные атмосферные летательные аппараты могут летать и в нижних слоях стратосферы. Например практический потолок МИГ-25РБ – 23000 м .

Полет в стратосфере.

И именно физические свойства воздуха тропосферы определяют каким будет полет, насколько будет эффективна система управления самолета, как будет влиять на него турбулентность в атмосфере, как будут работать двигатели.

Первое основное свойство – это температура воздуха . В газодинамике она может определяться по шкале Цельсия либо по шкале Кельвина .

Температура t₁ на заданной высоте Н по шкале Цельсия определяется:

t₁ = t — 6,5Н , где t – температура воздуха у земли.

Температура по шкале Кельвина называется абсолютной температурой , ноль по этой шкале – это абсолютный ноль. При абсолютном нуле прекращается тепловое движение молекул. Абсолютный ноль по шкале Кельвина соответствует -273º по шкале Цельсия.

Соответственно температура Т на высоте Н по шкале Кельвина определяется:

T = 273K + t — 6,5H

Давление воздуха . Атмосферное давление измеряется в Паскалях (Н/м 2 ), в старой системе измерения в атмосферах (атм.). Существует еще такое понятие как барометрическое давление. Это давление, измеренное в миллиметрах ртутного столба при помощи ртутного барометра. Барометрическое давление (давление на уровне моря) равное 760 мм рт. ст. называется стандартным. В физике 1 атм. как раз и равна 760 мм рт.ст.

Плотность воздуха . В аэродинамике чаще всего пользуются таким понятием, как массовая плотность воздуха. Это масса воздуха в 1 м 3 объема. Плотность воздуха с высотой меняется, воздух становится более разреженным.

Влажность воздуха . Показывает количество воды, находящееся в воздухе. Существует понятие « относительная влажность ». Это отношение массы водяного пара к максимально возможной при данной температуре. Понятие 0%, то есть когда воздух совершенно сухой может существовать вобщем-то только в лаборатории. С другой стороны 100%-ная влажность вполне реальна. Это означает, что воздух впитал в себя всю воду, которую мог впитать. Что-то типа абсолютно «полной губки». Высокая относительная влажность снижает плотность воздуха, а малая, соответственно повышает.

В связи с тем, что полеты самолетов происходят при разных атмосферных условиях, то и их полетные и аэродинамические параметры на одном режиме полета могут быть различными. Поэтому для правильной оценки этих параметров введена Международная стандартная атмосфера (МСА) . Она показывает изменение состояния воздуха с подъемом на высоту.

За основные приняты параметры состояния воздуха при нулевой влажности:

давление P = 760 мм рт. ст. (101,3 кПА);

температура t = +15°C (288 К);

массовая плотность ρ = 1,225 kg/m 3 ;

Для МСА принято (как уже было сказано выше :-)), что температура падает в тропосфере на 0,65º на каждые 100 метров высоты.

Стандартная атмосфера (пример до 10000 м).

Таблицы МСА используются при градуировании пилотажно-навигационных приборов, а также для штурманских и инженерных расчетов.

Физические свойства воздуха включают в себя также такие понятия как инертность, вязкость и сжимаемость.

Инертность — свойство воздуха, характеризующее его способность сопротивляться изменению состояния покоя или равномерного прямолинейного движения. Мерой инертности является массовая плотность воздуха. Чем она выше, тем выше инертность и сила сопротивления среды при движении в ней самолета.

Вязкость . Определяет сопротивление трения об воздух при движении самолета.

Сжимаемость определяет изменение плотности воздуха при изменении давления. На малых скоростях движения летательного аппарата (до 450 км/ч) изменения давления при обтекании его воздушным потоком не происходит, но при больших скоростях начинает проявляться эффект сжимаемости. Особенно сказывается его влияние на сверхзвуке. Это отдельная область аэродинамики и тема для отдельной статьи :-).

Ну вот кажется пока все… Пора закончить это слегка нудноватое перечисление, без которого однако не обойтись :-). Атмосфера Земли, ее параметры, физические свойства воздуха также важны для летательного аппарата, как и параметры самого аппарата, и о них нельзя было не упомянуть.

Пока, до следующих встреч и более интересных тем 🙂 …

P.S. На сладкое предлагаю посмотреть ролик снятый из кабины спарки МИГ-25ПУ при его полете в стратосферу. Снимал, видимо, турист, у которого есть деньги для таких полетов :-). Снято в основном все через лобовое стекло. Обратите внимание на цвет неба…

Давление и вес воздуха

То, что воздух имеет вес и что давление его с высотой уменьшается, для нас очевидно, но не так было свыше 300 лет назад. До середины XVII столетия воздух считался невидимым и невесомым. Правда, еще во времена Аристотеля, жившего в IV в. до н. э., предпринимались безуспешные попытки дока­зать, что воздух имеет вес. Однако до середины XVII столетия люди были далеки от мысли, что поршневые насосы бездей­ствовали, если бы воздух не имел веса и не обладал способ­ностью оказывать давление.
В 1642 г. Торричелли впервые доказал, что столб воды высотой 32 фута, т. е. приблизительно 10,33 м, уравновешивает давление атмосферы. Так как ртуть в 13,6 раза тяжелее воды, то атмосферное давление уравновешивается столбиком ртути высотой 76 см. Такая трубка, наполненная ртутью и опроки­нутая открытым концом в сосуд, также наполненный ртутью, была названа барометром (рис. 1). Через четыре года после Торричелли аналогичные опыты были произведены Паскалем в Руане (Франция). Так окончательно было установлено свой­ство воздуха оказывать давление.

Ртутный барометр и металлический барометр-анероид

Но если атмосфера имеет вес и оказывает давление, то величина последнего должна быть различной на разных высо­тах. Опыты, произведенные Перье в сентябре 1648 г. с по­мощью ртутного барометра, показали, что давление воздуха на вершине горы высотой 975 м заметно ниже, чем у подно­жия. Таким образом было доказано, что с высотой давление воздуха понижается.
Так как газы имеют вес, атмосфера вследствие силы зем­ного притяжения не рассеивается в мировом пространстве, а, окутывая Землю, вращается вместе с ней. На каждый квад­ратный метр на уровне океана масса воздуха оказывает давле­ние, равное 10 333 кг. Иначе говоря, столько весит столб воз­духа сечением 1 м2 и высотой от уровня океана до верхней границы атмосферы. 1 м3 воздуха на уровне океана весит около 1,3 кг.
Если бы плотность воздуха на всех высотах оставалась неизменной, то толщина воздушной оболочки Земли была бы равна приблизительно 8000 м.Но, как показывают данные о рассеянии света, атмосфера простирается примерно до вы­соты 2000 км. Причина такого несоответствия заключается в том, что плотность воздуха с высотой быстро убывает. Поэтому 1 ж3 воздуха на высоте 5,5 км весит уже не 1,3 кг, а около 600 г, т. е. меньше половины, а на высоте 40 км — всего 4 г (рис. 2). При этом один и тот же объем холодного воздуха весит боль­ше, чем теплого.

Вес 1 м3 воздуха на различных высотах

На дне воздушного океана невидимый, но ощущаемый нами воздух на каждый квад­ратный сантиметр площади давит с си­лой, равной 1033 г. Интересно определить, какое же давление испытывает наше тело. Очевидно, что если внешняя поверхность человеческого тела в среднем составляет около 12 000— 15 000 см2, то она испытывает тяжесть, равную 12 000— 15 000 кг, или 15 т. Однако эту тяжесть организм не чувствует, так как внешнее давление уравновешивается давлением воз духа внутри тела. Жизнь на Земле приспособлена именно к этому давлению. Поэтому при подъеме на большие высоты самочувствие человека ухудшается не только в связи с недо­статочностью кислорода, но и из-за значительно разреженной среды при очень небольшом давлении.
Кстати сказать, опыты в барокамере показали, что чем сложнее организм, тем труднее переносит он низ­кое давление воздуха. На­пример, представитель хо­лоднокровных лягушка на высоте 20—30 км в течение нескольких часов сохраняет жизнь, а человек при быст­ром подъеме до высоты 7—8 км теряет сознание обычно через 8—10 мин. На высотах 15—16 км, даже если человек дышит только кислородом, в течение не­скольких секунд наступает кислородное голодание вследствие низкого давле­ния. При низком атмосфер­ном давлении начинается кипение крови. Известно, что чем ниже давление, тем быстрее закипает вода. В горах, например, вода заки­пает не при 100°, а при бо­лее низкой температуре. На высоте около 20 км вода закипает при температуре 37° выше нуля. Кровь так­же кипит на этой высоте. Поэтому в космическом по­лете человек обеспечивается соответствующими физиолого-гигиеническими условиями. В кабине космического корабля создается более или менее постоянная температура, космонавт защищен от шума и вибрации, обеспечен удобным рабочим местом, хорошим освещением и т. п.
Данные, полученные с первого и второго космических ко­раблей-спутников, запущенных в Советском Союзе, показали правильность устройства кабин, предусмотренных для полета человека.
Однако продолжим наш рассказ об атмосферном давлении.
Давление, которое оказывает столб воздуха, ограниченный поверхностью земли и верхней границей атмосферы, изме­ряется в миллиметрах ртутного столба с помощью ртутного или металлического барометра (см. рис. 1). Когда говорят, на уровне моря атмосферное давление равно 760 мм, это озна­чает, что здесь давление воздуха равно давлению столба ртути высотой 760 мм (76 см). Давление принято выражать в тысяч­ных долях бара, т. е. в миллибарах. Среднее давление на уровне моря, выраженное в миллибарах, равно 1013,3. Давле­ние воздуха 1000 мб эквивалентно давлению ртутного столба высотой 750,1 мм. Для перевода миллиметров в миллибары обычно пользуются переводным множителем 4/3. Пользуясь табл. 1, миллиметры ртутного столба можно перевести в миллибары.

Вместе с уменьшением плотности воздуха по высоте атмо­сферное давление также быстро убывает. Поэтому, несмотря на большую вертикальную протяженность атмосферы, поло­вина ее массы сосредоточена в первых 5—6 км. Давление на этом уровне равно всего 500 мб, т. е. вдвое меньше, чем на уровне моря. В столбе воздуха высотой около 16 км сосредо­точено 0,9 всей массы атмосферы. Давление на этом уровне равно 100 мб, а на высоте 40 км — всего лишь 2,4 мб.
Уменьшение атмосферного давления с высотой можно ха­рактеризовать вертикальным градиентом давления, или так называемой барической ступенью. Барическая ступень — рас­стояние по вертикали (в метрах), на котором атмосферное давление изменяется на единицу (на 1 мб). Величина бариче­ской ступени различна. Она зависит от высоты над уровнем моря и от температуры воздуха. В приземном слое при давле­нии 1000 мб и температуре 0° барическая ступень равна 8 м. Это значит, что на каждые 8 м поднятия давление понижается на 1 мб. В слое с давлением 600—500 мб, соответствующим высотам около 4,5—5,5 км, барическая ступень равна 13 м, в слое с давлением 100—200 мб — 40 м.
Величиной барической ступени удобно пользоваться для приближенных расчетов изменения давления с высотой. Так, например, легко определить разность между давлением воз­духа на 1-м и 25-м этажах высотного здания. При разности высот указанных этажей, равной 90 м, давление воздуха на уровне 25-го этажа приблизительно на 12 мб меньше, чем на уровне 1-го этажа. Однако, поднимаясь даже на скоростном лифте, мы не ощущаем разности давления. Объясняется это тем. что изменение давления около 10—20 мб очень мало (1—2%) по сравнению с нормальным атмосферным давлением. Среднее междусуточное изменение давления, к которому при­вык человеческий организм, небольшое. В тропических странах оно составляет около 1 мб, а в средних широтах — 6—5 мб. Но в отдельных, не очень редких случаях междусуточное изме­нение давления в средних широтах достигает 20—30 мб и бо­лее.

Давление воздуха на высоте 40 км

Атмосфера — газовая оболочка, окружающая планету Земля и вращающаяся вместе с ней. Совокупность разделов физики и химии, изучающих атмосферу, принято называть физикой атмосферы. Атмосфера определяет погоду на поверхности Земли, изучением погоды занимается метеорология, а длительными вариациями климата — климатология.

Толщина атмосферы 1500 км от поверхности Земли. Суммарная масса воздуха, то есть смеси газов, составляющих атмосферу: около 5,3 * 10 15 т. Молекулярная масса чистого сухого воздуха составляет 29. Давление при 0°С на уровне моря 101 325 Па, или 760 мм. рт. ст.; критическая температура 140,7 °С; критическое давление 3,7 МПа. Растворимость воздуха в воде при 0 °С — 0,036 %, при 25 °С — 0,22 %.

Атмосферное давление — давление атмосферного воздуха на находящиеся в нем предметы и земную поверхность. Нормальным атмосферным давлением является показатель в 760 мм рт. ст. (101 325 Па). При повышении высоты на каждый километр давление падает на 100 мм.

Строение атмосферы.

Физическое состояние атмосферы определяется погодой и климатом. Основные параметры атмосферы : плотность воздуха, давление, температура и состав. С увеличением высоты плотность воздуха и атмосферное давление уменьшаются. Температура меняется также в зависимости от изменения высоты. Вертикальное строение атмосферы характеризуется различными температурными и электрическими свойствами, разным состоянием воздуха. В зависимости от температуры в атмосфере различают следующие основные слои : тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу (сферу рассеяния). Переходные области атмосферы между соседними оболочками называют соответственно тропопауза, стратопауза и т.д.

Тропосфера — нижний, основной, наиболее изученный слой атмосферы, высотой в полярных областях 8—10 км, в умеренных широтах до 10—12 км, на экваторе — 16—18 км. В тропосфере сосредоточено примерно 80—90 % всей массы атмосферы и почти все водяные пары. При подъеме через каждые 100 м температура в тропосфере понижается в среднем на 0,65 °С и достигает —53 °С в верхней части. Этот верхний слой тропосферы называют тропопаузой. В тропосфере сильно развиты турбулентность и конвекция, сосредоточена преобладающая часть водяного пара, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны.

Стратосфера — слой атмосферы, располагающийся на высоте 11—50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11—25 км (нижний слой стратосферы) и повышение ее в слое 25—40 км от —56,5 до 0,8 °С (верхний слой стратосферы или область инверсии). Достигнув на высоте около 40 км значения 273 К (0 °С), температура остается постоянной до высоты 55 км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой.

Именно в стратосфере располагается слой озоносферы («озоновый слой», на высоте от 15—20 до 55— 60 км), который определяет верхний предел жизни в биосфере. Важный компонент стратосферы и мезосферы — озон, образующийся в результате фотохимических реакций наиболее интенсивно на высоте равной 30 км. Общая масса озона составила бы при нормальном давлении слой толщиной 1,7—4 мм, но и этого достаточно для поглощения губительного для жизни ультрафиолетового излучения Солнца. Озон (О₃) — аллотропия кислорода, образуется в результате следующей химической реакции, обычно после дождя, когда полученное соединение поднимается в верхние слои тропосферы; озон имеет специфический запах.

В стратосфере задерживается большая часть коротковолновой части ультрафиолетового излучения (180—200 нм) и происходит трансформация энергии коротких волн. Под влиянием этих лучей изменяются магнитные поля, распадаются молекулы, происходит ионизация, новообразование газов и других химических соединений. Эти процессы можно наблюдать в виде северных сияний, зарниц, и других свечений. В стратосфере почти нет водяного пара.

Мезосфера начинается на высоте 50 км и простирается до 80—90 км. Температура воздуха до высоты 75—85 км понижается до 88 °С. Верхней границей мезосферы является мезопауза.

Термосфера (другое название — ионосфера) — слой атмосферы, следующий за мезосферой, — начинается на высоте 80—90 км и простирается до 800 км. Температура воздуха в термосфере быстро и неуклонно возрастает и достигает нескольких сотен и даже тысяч градусов.

Экзосфера — зона рассеяния, внешняя часть термосферы, расположенная выше 800 км. Газ в экзосфере сильно разрежен, и отсюда идет утечка его частиц в межпланетное пространство (диссипация).

Структура атмосферы

До высоты 100 км атмосфера представляет собой гомогенную (однофазную), хорошо перемешанную смесь газов. В более высоких слоях распределение газов по высоте зависит от их молекулярных масс, концентрация более тяжелых газов убывает быстрее по мере удаления от поверхности Земли. Вследствие уменьшения плотности газов температура понижается от 0 °С в стратосфере до -110 °С в мезосфере.

На высоте около 2000—3000 км экзосфера постепенно переходит в так называемый ближнекосмический вакуум, который заполнен сильно разреженными частицами межпланетного газа, главным образом атомами водорода. Но этот газ представляет собой лишь часть межпланетного вещества. Другую часть составляют пылевидные частицы кометного и метеорного происхождения. Кроме этих чрезвычайно разреженных частиц, в это пространство проникает электромагнитная и корпускулярная радиация солнечного и галактического происхождения.

На долю тропосферы приходится около 80 % массы атмосферы, на долю стратосферы — около 20 %; масса мезосферы — не более 0,3 %, термосферы — менее 0,05 % от общей массы атмосферы. На основании электрических свойств в атмосфере выделяют нейтросферу и ионосферу. В настоящее время считают, что атмосфера простирается до высоты 2000—3000 км.

В зависимости от состава газа в атмосфере выделяют гомосферу и гетеросферу. Гетеросфера — это область, где гравитация оказывает влияние на разделение газов, т.к. их перемешивание на такой высоте незначительно. Отсюда следует переменный состав гетеросферы. Ниже ее лежит хорошо перемешанная, однородная по составу часть атмосферы называемая гомосферой. Граница между этими слоями называется турбопаузой, она лежит на высоте около 120 км.

Состав атмосферы

Атмосфера Земли — воздушная оболочка Земли, состоящая в основном из газов и различных примесей (пыль, капли воды, кристаллы льда, морские соли, продукты горения), количество которых непостоянно. Основным газами являются азот (78 %), кислород (21 %) и аргон (0,93 %). Концентрация газов, составляющих атмосферу, практически постоянна, за исключением углекислого газа CO2 (0,03 %).

Также в атмосфере содержатся SO2, СН4, N, СО, углеводороды, НСl, НF, пары Hg, I2, а также NO и многие другие газы в незначительных количествах. В тропосфере постоянно находится большое количество взвешенных твердых и жидких частиц (аэрозоль).

Конспект урока «Атмосфера». Следующая тема: «Погода и климат»

Ближний космос аэрокосмическая лаборатория

Атмосфера Земли

Атмосфера и околоземное космическое пространство

10—20 с); предел кратковременного дыхания чистым кислородом без дополнительного давления; потолок дозвуковых пассажирских лайнеров.
15 км — дыхание чистым кислородом эквивалентно пребыванию в космосе.
16 км — при нахождении в высотном костюме в кабине нужно дополнительное давление. Над головой осталось 10 % атмосферы.
10—18 км — граница между тропосферой и стратосферой на разных широтах (тропопауза). Также это граница подъёма обычных облаков, дальше простирается разрежённый и сухой воздух.
18,9—19,35 — линия Армстронга — начало космоса для организма человека — закипание воды при температуре человеческого тела. Внутренние телесные жидкости на этой высоте ещё не кипят, поскольку тело генерирует достаточно внутреннего давления, чтобы предотвратить этот эффект, но могут начать кипеть слюна и слёзы с образованием пены, набухать глаза.
19 км — яркость тёмно-фиолетового неба в зените 5 % от яркости чистого синего неба на уровне моря (74,3—75 свечей против 1500 свечей на м²), днём могут быть видны самые яркие звёзды и планеты.
20 км — интенсивность первичной космической радиации начинает преобладать над вторичной (рождённой в атмосфере).
20 км — потолок тепловых аэростатов (монгольфьеров) (19 811 м)[10].
20—22 км — верхняя граница биосферы: предел подъёма в атмосферу живых спор и бактерий воздушными потоками.
20—25 км — яркость неба днём в 20—40 раз меньше яркости на уровне моря, как в центре полосы полного солнечного затмения и как в сумерки, когда Солнце ниже горизонта на 9—10 градусов и видны звёзды до 2-й звёздной величины.
25 км — днём можно ориентироваться по ярким звёздам.
25—26 км — максимальная высота установившегося полёта существующих реактивных самолётов (практический потолок).
15—30 км — озоновый слой на разных широтах.
34,668 км — официальный рекорд высоты для воздушного шара (стратостата), управляемого двумя стратонавтами (Проект Страто-Лаб, 1961 г.).
35 км — начало космоса для воды или тройная точка воды: на этой высоте вода кипит при 0 °C, а выше не может находиться в жидком виде.
37,65 км — рекорд высоты существующих турбореактивных самолётов (Миг-25, динамический потолок).
38,48 км (52 000 шагов) — верхняя граница атмосферы в 11 веке: первое научное определение высоты атмосферы по продолжительности сумерек (араб. учёный Альгазен, 965—1039 гг.)[11].
39 км — рекорд высоты стратостата, управляемого одним человеком (Ф. Баумгартнер, 2012 г.).
45 км — теоретический предел для прямоточного воздушно-реактивного самолёта.
48 км — атмосфера не ослабляет ультрафиолетовые лучи Солнца.
50 км — граница между стратосферой и мезосферой (стратопауза).
51,694 км — последний пилотируемый рекорд высоты в докосмическую эпоху (Джозеф Уокер на ракетоплане X-15, 30 марта 1961 г.)
51,82 км — рекорд высоты для газового беспилотного аэростата.
55 км — атмосфера не воздействует на космическую радиацию.
40—80 км — максимальная ионизация воздуха (превращение воздуха в плазму) от трения о корпус спускаемого аппарата при входе в атмосферу с первой космической скоростью.
70 км — верхняя граница атмосферы в 1714 г. по расчёту Эдмунда Галлея на основе данных альпинистов, законе Бойля и наблюдений за метеорами.
80 км — граница между мезосферой и термосферой (мезопауза): высота серебристых облаков.
80,45 км (50 миль) — официальная высота границы космоса в США.
100 км — официальная международная граница между атмосферой и космосом — линия Кармана, определяющая границу между аэронавтикой и космонавтикой. Аэродинамические поверхности (крылья) начиная с этой высоты не имеют смысла, так как скорость полёта для создания подъёмной силы становится выше первой космической скорости и атмосферный летательный аппарат превращается в космический спутник. Плотность среды на этой высоте 12 триллионов молекул на 1 дм³

Для тех, кому нужны более точные цифры:

Давление кПа, плотность кг/м 3 , температура °C — земной атмосферы (воздуха) в зависимоcти от высоты над уровнем моря по версии ICAO. От -250 м до 30 000 м.