Вы скорее всего замечали, что с утра могла быть прекрасная погода, а днем стали появляться облака. Одно за другим, где-то высокого в небе скапливались они, чтобы затем покрыть все небо густым слоем. К вечеру начался дождь.
Еще ученых Древней Греции и Древнего Египта интересовало – почему образуются облака?
Основой процесса образования облаков служат испарение и конденсация воды. Это понятно, так как облака состоят из капелек воды. Но вот вопрос, как вода попала туда, вверх, в верхние слои воздуха? Конечно, вместе с воздухом.
Вода всегда имеется в воздухе. С поверхности всех водоемов, будь это Тихий океан или блюдечко, стоящее в вашей комнате, вода будет испаряться. Так появляются водяные пары. Это и есть водяной газ.
В летнее время утром на траве выступают блестящие капли. Вода-роса. Откуда? Из воздуха. Днем жарко, много воды испаряется. Ночью температура падает, начинается конденсация водяного пара – на крышах, на траве, на деревьях появляются капли росы, капли сконденсировавшейся жидкости.
Я думаю, эта информация Вам известна из школьной программы, но не переживайте, дальше будет интереснее, и Вы действительно получите новую информацию.
Тепловая энергия переходит от одного тела к другому. Очень трудно удержать тепло или, наоборот, не допустить приток тепла к какому-нибудь телу. А что будет, если нам удалось создать такой сосуд, который не обменивается тепловой энергией с окружающим миром и вдобавок к этому обладает особенностью сжиматься или расширяться.
Например, мы хотим, чтобы сосуд расширился. Газ, находящийся в нем, должен занять новый больший объем. Для этого его молекулам придется преодолеть силы притяжения со стороны других молекул. Раз объем газа станет большим, значит, молекулы должны быть на больших расстояниях друг от друга, газу необходимо совершить внутреннею работу.
Для работы газу нужна энергия, но откуда ее взять? Никакого притока тепла со стороны не может быть. Значит, единственная возможность для газа – покопаться в собственных кладовых, отдать какую-то часть энергии из своих запасов.
Эти запасы и есть внутренняя энергия газа, которая должна уменьшиться, а газ расширяясь таким образом, охладиться.
Известно, что газы – плохие проводники тепла. Если какие-то изменения в газе происходят быстро, то приближенно можно считать и этот процесс адиабатным.
Давайте теперь с новыми знаниями вернемся к облакам. От земли поднимается большая масса воздуха. В этом воздухе имеются водяные пары. Поднимаясь вверх, воздух расширяется, так как над землей давление атмосферы меньше. А еще Бойль и Мариотт показали, что в этом случае газ должен расшириться.
Так как расширение происходит быстро, значит процесс приблизительно адиабатный, температура газа падает. А раз температура упала, часть водяного пара перейдет в жидкое состояние. Ненасыщенный пар станет насыщенным. Вот и появились маленькие капельки воды, которые потом в конце концов сливаются в большое облако.