баротропное явление

БАРОТРОПНОЕ ЯВЛЕНИЕ (от греч. baros - тяжесть н tropos - направление, поворот, образ, характер) - состоит в том, что в двух- и многокомпонентных системах жидкость - жидкость или жидкость - газ при больших давлениях и определ. темп-pax в поле тяготения сосуществующие фазы меняются местами: находящаяся сверху, менее плотная при обычных условиях фаза становится тяжёлой и опускается вниз. Б. я. вызывается различием сжимаемости компонентов н перераспределением концентраций в граничащих фазах; при увеличении давления фаза, содержащая компонент с большей молекулярной массой, становится тяжелее и тонет в др. фазе.

Впервые Б. я. наблюдал X. Камерлинг-Оннес (H. Kamerlingh-Onnes) в системе водород (жидкость) - гелий (газ): при темп-ре 20,1 К и давлении 49 атм газовая фаза опускалась под жидкую. Б. я. обнаружено в системах аммиак - азот (при темп-ре 180 К и давлении 1800 атм), аммиак - азот - водород (при давлении 3500-3700 атм и темп-ре 170 К), в трёхфазных системах с двумя жидкими и одной газовой фазами (метанол - толуол, ацетон - анилин) и др.

2) На высоте 100 км rончается область молекулярного перемешивания, и выше каждый газ с массой молекулы или атома распределён по Б. ф. независимо от др. составляющих со своей шкалой высот (область диффузионно-гравитац. разделения). Поэтому концентрация более тяжёлых газов уменьшается с высотой быстрее, чем более лёгких. К высоте 200 км преобладание молекулярного азота сменяется преобладанием атомного кислорода, выше 1000 км его сменяет гелий, а выше 5000 км преобладает водород.

3) Аналогичная картина наблюдается и для заряж. частиц, однако, в отличие от нейтральных частиц, распределение с высотой любого заряж. компонента не является независимым от других, так что для j-го иона в Б. ф. шкала высот имеет вид

. (2)

Поскольку для однокомпонентного газа , то на больших высотах концентрация ионов с массой уменьшается с высотой как концентрация нейтральных частиц с , т. е. в два раза более лёгких. Ниже нек-рого уровня в смеси ионов для наиб. лёгкого иона, для к-рого наступает условие , концентрация с уменьшением высоты h не растёт, а уменьшается. При ср. условиях для ионов это происходит ниже 1500-2000 км.

Др. причина нарушения на малых высотах Б. ф. для ионов и др. нестабильных компонентов атмосферы (образующихся под действием КВ-излучения Солнца и др. источников) - их уничтожения в результате процессов рекомбинации или столкновений со стабильными компонентами (см. Аэрономия).

4) Б. ф. для газов и ионов справедлива до больших высот. Объяснение этого следует из кинетич. теории газов для максвелловского распределения частиц по скоростям и энергиям в поле силы тяжести. Эти условия нарушаются лишь в экзосфере на больших высотах (более 500 км) для части лёгких частиц с очень высокими скоростями (для т. н. убегающих частиц). При наличии вертик. движений с большими скоростями (полярный ветер) требуется дополнит. уточнение н обобщение формул (1) и (2).

В метеорологии Б. ф. пользуются для определения высот в стандартной атмосфере, для градуировки барометров, для определения перепада высот и нивелирования, при этом для повышения точности учитываются влажность воздуха, температурный коэфф. объёмного расширения, зависимость g от широты.

Лит.: Xргиан A. X., Физика атмосферы, 2 изд., т. 1 - 2, Л., 1978; Физика верхней атмосферы Земли, пер. с англ., Л., 1971; Ришбет Г., Гарриот О., Введение в физику ионосферы, пер. с англ., Л., 1975. Г. С. Иванов-Холодный.

   <<      Предметный указатель      >>