fyzika atmosf ry a kosmu n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
FYZIKA ATMOSFÉRY A KOSMU PowerPoint Presentation
Download Presentation
FYZIKA ATMOSFÉRY A KOSMU

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 49

FYZIKA ATMOSFÉRY A KOSMU - PowerPoint PPT Presentation


  • 110 Views
  • Uploaded on

FYZIKA ATMOSFÉRY A KOSMU. MUDr. Petr DOŠEL. ATMOSFÉRA. Každá profese v lidském životě je specifická svým pracovním prostředím, v širším slova smyslu to pro letce je právě atmosféra.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'FYZIKA ATMOSFÉRY A KOSMU' - steven-goff


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
atmosf ra
ATMOSFÉRA
  • Každá profese v lidském životě je specifická svým pracovním prostředím, v širším slova smyslu to pro letce je právě atmosféra.
  • Normální funkce lidského organismu jsou úzce spjaty se stupněm chemické a fyzikální normality atmosféry, přičemž s rostoucí výškou se vlastnosti a tím pádem i její biologické působení mění.
atmosf ra1
ATMOSFÉRA
  • Atmosféra je směsí plynů, v níž jsou dále přítomny vodní kapky, ledové krystaly a různé znečišťující příměsi původu přírodního (prachové částečky a pylová zrna) i antropogenního.
  • V důsledku intenzivního vertikálního promíchávání vzduchu se jeho složení do nadmořské výšky asi 100 km téměř nemění.
  • Výjimku tvoří ozón, oxid uhličitý a vodní pára. Vznikající také činností člověka.
  • A. - složena z plynů o definovaných vlastnostech.
  • Hmotnost A. - 5,3.1021 g
atmosf ra3
ATMOSFÉRA
  • Vzdušný obal Země se nad hranicí 100 km začíná postupně měnit a kyslík je zastoupen jen atomárně.
  • S ohledem na charakter teplotních změn dochází k vertikálnímu rozdělení do 5 základních vrstev, které jsou od sebe odděleny 1 - 2 km silnými přechodovými vrstvami (tzv. pauzami):
  • Troposféra
  • Stratosféra
  • Mesosféra
  • Termosféra
  • Exosféra
  • Přechody závisí na řadě faktorů (vlhkost, teplota atd.) a na geografické lokalitě.
troposf ra1
TROPOSFÉRA
  • 75 % objemu A.
  • Max. vzdušné vlhkosti (do 26 000 ft.)
  • Max. pevných částic A.
  • Konstantní pokles teploty - 6,5°C/1000 m - 1,98 °C /1000 ft.
  • nejnižší část atmosféry sahající od zem. povrchu průměrně do výšky 11 km.
  • Nejsilnější je troposféra v blízkosti rovníku - až 18 km a směrem k zemským pólům její tloušťka postupně klesá k 9 km.
  • Vyskytují se zde sestupné a vzestupné pohyby různé intenzity umožňující vertikální výměnu tepla a vlhkosti.
  • S tím je spojena i naprostá většina povětrnostních jevů, protože troposféra je oblastí vzniku mlh, nejdůležitější oblačnosti, bouřkové činnosti a srážek.
  • Rychlost proudění v troposféře obvykle s  výškou roste a maxima dosahuje v blízkosti tropopauzy
stratosf ra1
STRATOSFÉRA
  • Nepřítomnost vzdušné vlhkosti.
  • Část atmosféry nacházející nad tropopauzou sahající do výšky přibližně 50 km.
  • Je pro ni charakteristické převážně horizontální proudění
  • v její spodní části se v průměru do výšek 20 – 25 km teplota nemění (isotermní zákony)
  • Nad touto výškou roste až k 0°C v blízkosti stratopauzy.
  • Zvýšení teploty je dáno exotermní reakcí při ionizaci kyslíku (*ozónu) a dále přítomností ozonu, který pohlcuje ultrafialové sluneční záření a silně se zahřívá.
  • Rychlost větru ve stratosféře s výškou nejprve klesá, od 25 km výše opět roste.
mesosf ra1
MESOSFÉRA
  • část atmosféry nacházející se v rozmezí 50 – 85 km.
  • Detailní průzkum této vrstvy je poměrně složitý, jelikož leží příliš vysoko nad oblastmi, kde létají letadla a příliš nízko pro oběžné dráhy kosmických družic.
  • To je důvod, proč některé procesy nejsou zcela objasněny. Vzhledem k nízké hustotě částic schopných absorbovat UV záření teplota postupně klesá až k – 90 až - 113°C.
  • Ionosféra: 70 - 500 km: koncentrace volných elektronů - odraz radiových vln na Zem a do kosmického prostoru.
termosf ra
TERMOSFÉRA
  • spodní hrance je 80 km a horní hranice leží mezi 600 – 700 km.
  • S přibývající vzdáleností od zemského povrchu teplota díky slunečnímu záření stoupá až k 1 400°C.
  • Teplota - významně závisí na sluneční aktivitě:
    • den: 1500 - 2000 st. C (190 km)
    • noc: 350 - 600 st. C
  • Uvedená teplota je však jen výrazem kinetické energie částic a vzhledem nízké hustotě A. nemá biologický význam.
  • Biologicky percipovatelná teplota je okolo -150 st.C.
  • Charakt. je dobrá vodivost - velké množství nabitých částic.
  • Výška 100 km - Von Karmanova linie – přechod mezi zemskou atmosférou a kosmickým prostorem
  • Hraniční hustota A. umožňující generovat aerodynamický vztlak křídla.
exosf ra1
EXOSFÉRA
  • Vnější plynný obal Země volně přecházející do hlubokého kosmického prostoru
  • Nejasně ohraničitelná – nad 700 km
  • Velmi nízká hustota částic - dlouhé volné dráhy - balistické.
  • Aerodynamická hranice kosmického prostoru: 200 km
hustota a tlak
HUSTOTA A TLAK
  • H.:koncentrace částic v objemové jednotce
  • T:síla působící kolmo na jednotkový povrch
  • H a T jsou ovlivněny dvěma protichůdnými faktory:
    • Slunečním zářením: expanze plynů do vyšších vrstev A. případně do kosm. prostoru.
    • Gravitační síla: retrakce plynů k povrchu
  • Oba faktory dynamicky ovlivňují jak hustotu tak tlak A.
  • H a T progresivně klesají s narůstající výškou
  • Protože vzduch je stlačitelný je tato závislost přibližně exponenciální.
hustota a tlak1
HUSTOTA A TLAK
  • Odchylky od přesné exp. závislosti - roli hraje i teplota A.
  • Tlak:
  • 0 ft. 760 torr
  • 18 000 ft.(5,5km) 380 torr
  • 33 700 ft. (10,2km) 190 torr
  • 100 000 ft.(30,5 km) 7,60 torr
  • Nad 600 km je retrakční síla zemské gravitace tak nízká, že umožňuje lehkým částicím emisi do exosféry (volného kosmického prostoru)
teplota
TEPLOTA
  • Průběh teploty s výškou kolísá - obr.
  • Zdroje:
    • Zem. jádro
    • Sluneční záření
  • Přenos:
    • část energie je odražena do kosm. prostoru zpět
    • část je absorbována v horních vrstvách A.
    • většina IČ záření dosáhne Z. povrchu
    • Zahřátý zemský povrch ohřívá vzduch v dolních vrstvách A. částečně kondukcí a hlavně radiací s frekvenčním posunem.
    • Tato radiace je pohlcována CO2 a vodními parami v dolních vrstvách A a zpětně vyzařuje IČ záření k povrchu.
    • Toto záření je zčásti znovu vyzařováno a posléze pohlcováno v horních vrstvách A.
    • Proto se Zemský povrch zahřívá více než by odpovídal jen součtu tepelné energie slunečního záření.
    • Zahřívání Z. povrchu vytváří konvekční proudění v dolní části atmosféry a to hraje klíčovou roli v tvorbě počasí a klimatu.
teplota1
TEPLOTA
  • Teplota v nízkých vrstvách A. je ovlivněna především radiací IČ záření Z. povrchu a klesá progresivně – gradient 0,65o C/100 m
  • Při inverzi je to důvod proč nedochází k disperzi mlhy nad zemí
  • Pokles teploty se zastavuje na 60 000 ft nad rovníkem a 42 000 ft nad póly v důsledku absorbce tepla ozonosférou.
  • Teplotní inverze inhibuje konvekci a tím izoluje veškeré meteorologické jevy souvisící s počasím do dolních vrstev A.
  • Zvyšování teploty však nemá význam – nízká hustota A. – nedostatek částic absorbujících energ. Sluneč. záření
teplota2
TEPLOTA
  • Vysoké vrstvy A.: nízká hustota a intenzivní UV záření, většina plynů v atomárním stavu, relativně vysoká koncentrace volných elektronů.
  • Ionosféra (60 – 80 km) je ovlivňována 11 letým slunečním cyklem.
  • Elektrony ionosféry odráží dlouhé vlny elektromagnetického záření zpět k zemi a tím umožňuje radiokomunikaci.
  • Současně odráží obdobné záření zpět do kosmu.
  • Vysokofrekvenční záření prochází oběma směry.
elektromagnetick z en1
Elektromagnetické záření
  • Záření v rozsahu 0,6 nm - 100 m
  • Pásma: rádiové vlny, mikrovlnné záření, IČ, viditelné světlo, UV, RTG, gama záření
  • Sluneční konstanta - 0,13J/cm2/1s ve vysokých vrstvách A.
  • Absorpce na částicích A. - změna kinetické energie na jiné druhy (tepel., el., chem.) – proto je na Z povrchu sluneční konstanta asi poloviční
  • Ve výškách 20 km a výše – UV záření (210 – 300 nm) fotodisociace molekul plynů - rozpad molekul na atomy
  • Mezosféra – 75 km - UV záření pod 100 nm – fotoionizace – z molekul a atomů jsou vyráženy elektrony – zbytek kladný el.náboj - ionizace
  • viditelné světlo – není zachycováno plyny, ale absorpce vodními parami a prachem - rozptyl světla - modré zbarvení oblohy
  • IČ - CO2 a vodní páry - skleníkový efekt
ionizuj c z en korpuskul rn
Ionizující záření - korpuskulární
  • Povrch země bombardován subatomárními částicemi s vysokou energií (rychlost se může blížit až rychlosti světla): protony (97%), alfa částice (jádra He, 20%) a jádra těžkých atomů (1%)
  • Zdroj:
    • Slunce - solární záření
    • Hvězdy - galaktické záření
  • Částice ve vysokých vrstvách A.(60 - 120 000 ft.) kolidují s atomy – ztráta energie (o 3 až 6 řádů) - vznik sekundárního záření: dosahuje zemského povrchu: protony, elektrony, neutrony, mezony a ά částice
  • Sekundární záření má nižší energii - ale vyvolává ionizaci
ionizuj c z en korpuskul rn1
Ionizující záření - korpuskulární
  • Při pronikání sekundárního záření do nižších vrstev A. narůstá absorpce a ionizační kapacita záření progresivně klesá.
  • Zemského povrchu dosáhne jen malý zlomek částic.
  • Zem. Povrch - ionizační efekt: 1/70 oproti výšce 70 000 ft.
ionizuj c z en korpuskul rn2
Ionizující záření - korpuskulární
  • Dávky ionizačního záření absorbované posádkou letounů opakované studie potvrzující, že létání je bezpečné.
  • 20 let provozu Concordu – posádka je vystavena 2x vyšší dávku než u konvenčního letounu ale dávka nepřesáhla 6 mSv (milisievert)/rok – norma pro pracovníky pracovišť s ioniz. Zářením – 20 mSv/rok
  • Problém s kumulací dávek ioniz záření při velmi dlouhých vesmírných letech a speciálně přiextravehikulárních aktivitách – konstrukce stínění – vývoj.
slo en atmosf ry1
Složení atmosféry
  • Plyn %
  • Dusík 78,09
  • Kyslík 20,95
  • Argon 0,93
  • CO2 0,03
  • Neon 1,82x 10-3
  • Helium 5,24x 10-4
  • Krypton 1,14x 10-4
  • Vodík 5,00x 10-5
slo en atmosf ry2
Složení atmosféry
  • Složení A. je konstantní v rozmezí výšek 0 až 300 000 ft.
  • Složení se může měnit vlivem různých faktorů: lidská činnost (skleníkové plyny, výfuk. plyny apod.), přírodní fenomény (vulkanická činnost apod.) – CO2, CO, metan
slo en atmosf ry3
Složení atmosféry
  • Kyslík – oxidačně-redukční děje
  • Koncentrace - 20,95%
  • Parciální tlak – kopíruje atm tlak
slide37
Ozón
  • Tříatomární forma kyslíku O3
  • V signifikant. Koncentraci 40 000- 120 000 ft. - ozonosféra
  • vzniká ionizací molekul O2 UV zářením (200nm) - dělení molekuly na volné atomy a další reakcí volných atomů vzniká: O3.
  • Množství ozónu závisí: na množství molekul O2 a intenzitě UV záření.
  • modrý, nestabilní, toxický plyn, silný oxidant
  • Akutní expozice koncentraci 0,6 – 0,8 ppmv po dobu 2 hod – snižuje vitální kapacitu – snížením difuzní kapacity
  • 1 ppmv – intenzivní plicní dráždění, kašel
  • 10 ppmv – fatální otok plic
  • Expozice ozónu zhoršuje noční vidění a vede ke chromosomálním aberacím
  • O3 je termonestabilní – spolehlivě chrání kompresor motorů – klimatizace (pozor na začátek sestupu – stažení plynu – ochlazení) jinak bez rizika.
oxid uhli it1
Oxid uhličitý
  • Koncentrace - 0,04%, průmysl oblasti 0,05%
  • pCO2 – střední hodnota 0,3 torr
  • V atmosféře – úprava teplotního režimu planety
  • V org. – respirace a vnitřní prostředí
dus k
Dusík
  • Metabolicky indiferentní
  • Hlavní podíl na vytváření atmosférického tlaku
  • pN2 – 593 torr
  • Patogeneze dysbarismů
vodn p ry1
Vodní páry
  • Množství se mění v závislosti na:
    • charakteru krajiny
    • ročním období
    • teplotě
  • Absolutní vlhkost:
    • rovník: 20 g/m3
    • střední šířky (léto): 5-7 g/m3
    • střední šířky (zima): 1 g/m3
  • Množství vodních par s výškou rychle klesá:
    • výška 1, - 2 km: 50%
    • výška 5 km: 10%
  • V oblasti tvorby mraků: 100%
standardn atmosf ra1
Standardní atmosféra
  • ICAO standard je užíván od 1964 a reprezentuje reálnou atmosféru na 45 st. zemské severní délky.
  • Vlastnosti:
    • vzduch je suchý, stabilního složení
    • atm. Tlak na hladině moře je 760 torr,
    • hustota vzduchu na hladině moře je 1,225 kg/m3
    • relativní molekulární hmotnost je 28,96
    • gravitační zrychlení na hl. moře je 9,806 m/s a je konstantní
    • teplota na hl. moře je 15 st.C
    • teplotní gradient je 0,65 st.C/100 m do výšky 11km
z konitosti plyn
Zákonitosti plynů
  • Boyle-Mariottův z.: součin tlaku a objemu daného hmotnostního množství plynu je za dané teploty konstantní: p.V=konst.
  • Henryho z.: Hmotnost rozpuštěného plynu v jednotkovém objemu kapaliny je přímo úměrná parciálnímu tlaku plynu nad kapalinou.
  • Gay-Lussacův z: Všechny plyny se rozpínají stejně.
  • Charlesův zákon: objem daného množství plynu při konstantním tlaku je přímo úměrný jeho absolutní teplotě
  • Daltonův zákon: tlak směsi plynů se rovná součtu parciálních tlaků, které by byly uplatněny každou složkou, kdyby tato zaujímala prostor naplněný směsí plynů
z konitosti plyn1
Zákonitosti plynů
  • Zákon difuse plynů - Grahamův
    • difuse je úměrná rozdílu mezi tlaky plynu na obou místech a nepřímo úměrná druhé odmocnině jeho mol. váhy.
    • Je úměrná též rozpustnosti plynu v tekutině a je tím rychlejší čím více plynu se v tekutině rozpouští
  • Fickův zákon
    • množství difundovaného plynu je úměrné velikosti plochy tkáně, přes kterou plyn prochází a rozdílu mezi parc. tlaky na obou stranách tkáně a nepřímo úměrné tloušťce tkáně.
slide48
Tlak
  • Absolutní tlak = lokální atmosférický tlak + tlak odchylka (přetlak x podtlak)
  • Kabinový diferenciální tlak = vnitřní kabinový tlak (abs.) - atmosférický tlak (abs.)
  • Kabinový absolutní tlak = kabinový diferenciální tlak + atmosférický tlak (abs.)
teplota3
Teplota
  • Teplota A kolísá v závislosti na výšce viz. Obr.
  • V každé dané výšce je teplota ovlivněna řadou faktorů (geografické umístění, charakter krajiny, přítomnost vodních ploch apod).
  • Země a její A je ohřívána sluneční energií. Tento proces se odehrává několika různými mechanismy.
  • Část solární energie je odrážena vnějšími vrstvami A. zpět do exosféry.
  • Část je absorbována vnitřními vrstvami A.
  • Infračervené záření proniká A a dosahuje zemský povrch.
  • Teplý zemský povrch ohřívá spodní vrstvy A zčásti kondukcí, ale zejména radiací.
  • Tepelná radiace je pohlcována CO2 a vodními parami zejména dolních vrstev A.
  • Tyto částice pak sekundárně vyzařují teplo
    • zpět k povrchu země
    • částečně do vyšších vrstev A.
  • Tím dochází na povrchu země k vyšší kumulaci tepelné energie než při pouhém přímém účinku Slunečního záření - skleníkový efekt
  • Zahřívání povrchu Země hraje klíčovou roli pro cirkulaci A. a klimatické jevy (pevnina, moře, míra vegetace apod.)