2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




Начать новую тему Ответить на тему На страницу 1, 2, 3, 4, 5, 6  След.
 
 Почему горячий воздух движется вверх?
Сообщение14.12.2013, 15:27 


28/11/11
2884
Обычно по-школьному открещиваются силой Архимеда, да.
А если танцевать "от печки"? (Меня спросили, но я хорошего ответа не знаю.)

Пусть имеется закрытый объём в вакууме, в котором есть зона горячего воздуха, зона холодного воздуха, и внешняя сила.
Так вот: почему горячий воздух будет двигаться против внешней силы?

 Профиль  
                  
 
 Re: Почему горячий воздух движется вверх?
Сообщение14.12.2013, 15:39 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
"От печки", как я понимаю, = от микроскопической (молекулярно-кинетической) теории?

Одна из пришедших в голову мыслей:

В каждой точке молекулы и так движутся по всем направлениям, с распределением Максвелла по скоростям. Так что, найти молекулы, движущиеся вверх, не проблема. Надо только сообразить, почему они в среднем предпочитают направление вверх, а не нуль.

Пусть сначала две зоны предоставлены самим себе, чтобы в них установилось равновесие, а потом между ними убирают теплоизолирующую преграду. Тогда, в начале в каждой зоне будет распределение Больцмана по высоте: $e^{-mgh/kT}.$ Но поскольку температуры разные, то и скорости спадания экспоненты по высоте будут разные: у горячего воздуха экспонента более плавная, у холодного - более крутая. В результате, внизу холодный воздух будет плотнее и с бо́льшим давлением, а вверху, наоборот, разреженнее и с меньшим давлением, чем горячий. Отсюда и возникнут потоки: внизу - из области холодного воздуха в область горячего, а вверху - из области горячего в область холодного.

 Профиль  
                  
 
 Re: Почему горячий воздух движется вверх?
Сообщение14.12.2013, 15:58 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


06/04/10
3152
Давайте проще - отчего в дымоходе тяга?

В трубе - тёплый воздух, его плотность меньше, и давление кверху уменьшается быстрее (не, наоборот - медленнее !!!!), чем в таком же столбе внешнего воздуха. Труба сверху открыта, и там давления одинаковы. Значит, внизу трубы давление меньше внешнего.
Если открыть вьюшку, воздух потечёт из комнаты в трубу.

Но можно и Архимедом - если горячим воздухом надут лёгкий шар :wink:

 Профиль  
                  
 
 Re: Почему горячий воздух движется вверх?
Сообщение15.12.2013, 02:04 
Аватара пользователя


05/01/13

3968
nikvic

Извините, что-то я недопонял Вашу мысль.

nikvic в сообщении #800714 писал(а):
В трубе - тёплый воздух, его плотность меньше, и давление кверху уменьшается быстрее, чем в таком же столбе внешнего воздуха.

Это же значит, что в трубе более резкий градиент давлений, чем снаружи?

nikvic в сообщении #800714 писал(а):
Труба сверху открыта, и там давления одинаковы. Значит, внизу трубы давление меньше внешнего.

Должно же тогда быть больше, по идее?.. Если в трубе давление "кверху уменьшается быстрее", значит, оно и "книзу увеличивается быстрее". Стартуют они от одинакового значения, у верха трубы. Значит, внизу внутри трубы давление должно быть выше, чем снаружи. (По Вашей логике.)

То ли Вы чуток оговорились, то ли я уже вообще ничего не понимаю в физике. :) Мне кажется, Вы хотели сказать, что давление в трубе "кверху уменьшается медленнее", чем в столбе внешнего воздуха. Иначе получаются противоречивые высказывания в пределах одного абзаца.

(Оффтоп)

Кстати, по-моему, тяга в дымоходе может иногда присутствовать даже в том случае, если печь не работает и всё выстужено. Если снаружи дома сильный ветер, то поток воздуха, проносящийся мимо трубы, будет по закону Бернулли "высасывать" из неё неподвижный воздух. (Работает тот же принцип, что используется в пульверизаторах.) Наверху частенько дуют ветры — ведь чем выше, тем меньше препятствий для них. Так что дымоход работает не только за счёт нагревания воздуха в печи.

 Профиль  
                  
 
 Re: Почему горячий воздух движется вверх?
Сообщение15.12.2013, 06:29 
Заслуженный участник


16/02/13
4105
Владивосток
Denis Russkih в сообщении #801169 писал(а):
Стартуют они от одинакового значения, у верха трубы
Не одинаковое там, по-моему, значение. Оно стремится стать одинаковым из-за конвекции, то всё равно разное.

-- 15.12.2013, 14:50 --

longstreet в сообщении #800696 писал(а):
почему горячий воздух будет двигаться против внешней силы?
Подозреваю, примерно потому же, что камни в песке при вибрации "выбираются" наружу: достигается минимум потенциальной энергии.

 Профиль  
                  
 
 Re: Почему горячий воздух движется вверх?
Сообщение15.12.2013, 07:01 
Заблокирован
Аватара пользователя


23/11/13

147
Чтобы из бензобака отлить литр бензина в банку, нужно опустить шланг и ртом втянуть воздух. Чтобы вода не разливалась озером, следует создать канал с уклоном. Чтобы зимой образовать тягу в дымоходе, нужно сначала хорошо прогреть трубу. Короче, чтобы создать поток в нужную сторону, приходится потрудиться :D

 Профиль  
                  
 
 Re: Почему горячий воздух движется вверх?
Сообщение15.12.2013, 09:16 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


06/04/10
3152
Denis Russkih в сообщении #801169 писал(а):
Это же значит, что в трубе более резкий градиент давлений, чем снаружи?

Виноват, оговорился. Этот градиент пропорционален плотности, так что в трубе он меньше.

 Профиль  
                  
 
 Re: Почему горячий воздух движется вверх?
Сообщение15.12.2013, 09:29 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
nikvic в сообщении #801231 писал(а):
Этот градиент пропорционален плотности

Не просто плотности. Где-то на высоте трубы есть точка, где плотности снаружи и внутри трубы сравнялись, но градиенты там разные.

А вообще, вы недооценили вопроса. longstreet - это вам не Denis Russkih. И вопрос более глубокий, и ответ нужен качественно другой. Мне жаль, что разговор пошёл на примитив. Это я порекомендовал longstreet вынести разговор на форум, в расчёте на высокий уровень обсуждения...

 Профиль  
                  
 
 Re: Почему горячий воздух движется вверх?
Сообщение15.12.2013, 10:14 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


06/04/10
3152
Munin в сообщении #801238 писал(а):
А вообще, вы недооценили вопроса.

Это нужно спросить у ТС. Там зачем-то приплетается вакуум вокруг закрытого сосуда.
"Намёк" в сторону Архимеда был явным - отсюда и мой текст, в основе которого - доказательство закона Архимеда.

 Профиль  
                  
 
 Re: Почему горячий воздух движется вверх?
Сообщение15.12.2013, 10:25 
Заслуженный участник


16/02/13
4105
Владивосток
Ну, вообще-то, есть и закон Максвелла-Больцмана. $n=n_0Ae^{\frac E{kT}}$. На одинаковой высоте полная энергия горячей молекулы больше — значит, и количество их будет больше.

 Профиль  
                  
 
 Re: Почему горячий воздух движется вверх?
Сообщение15.12.2013, 11:11 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
nikvic в сообщении #801268 писал(а):
Это нужно спросить у ТС. Там зачем-то приплетается вакуум вокруг закрытого сосуда.

Это опечатка, я думаю. Разумеется, что вокруг сосуда - неважно. Идея была, как я понимаю, в том, что силу мы прикладываем сами, "руками", а не берём готовую силу тяжести на Земле.

nikvic в сообщении #801268 писал(а):
"Намёк" в сторону Архимеда был явным - отсюда и мой текст, в основе которого - доказательство закона Архимеда.

Нужно доказательство его на более глубоком уровне.

iifat в сообщении #801276 писал(а):
Ну, вообще-то, есть и закон Максвелла-Больцмана. $n=n_0Ae^{\frac E{kT}}$.

Минус в экспоненте забыли: $n=n_0e^{-\frac{E}{kT}}.$ А то у вас все молекулы вверх полезут, где энергия больше :-)

iifat в сообщении #801276 писал(а):
На одинаковой высоте полная энергия горячей молекулы больше — значит, и количество их будет больше.

В этом рассуждении надо ещё по пространству скоростей проинтегрировать.

 Профиль  
                  
 
 Re: Почему горячий воздух движется вверх?
Сообщение15.12.2013, 11:21 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


06/04/10
3152
Munin в сообщении #801293 писал(а):
Нужно доказательство его на более глубоком уровне.

Это опять же нужно спрашивать у ТС - знаком ли он с интегралами по поверхности и объёму :wink:

 Профиль  
                  
 
 Re: Почему горячий воздух движется вверх?
Сообщение15.12.2013, 11:27 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
nikvic
Не хамите. Не знаете уровня longstreet - ознакомьтесь. Он здесь подольше вашего.

 Профиль  
                  
 
 Re: Почему горячий воздух движется вверх?
Сообщение15.12.2013, 11:41 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


06/04/10
3152

(Оффтоп)

Munin в сообщении #801307 писал(а):
Он здесь подольше вашего.

Анекдот про Чапаева и грязные ноги? :wink:
Так у меня грязнее...


Мне действительно неясно, что хочет ТС.

 Профиль  
                  
 
 Re: Почему горячий воздух движется вверх?
Сообщение15.12.2013, 11:45 


28/11/13

64
Munin в сообщении #800705 писал(а):
"От печки", как я понимаю, = от микроскопической (молекулярно-кинетической) теории?

Одна из пришедших в голову мыслей:

В каждой точке молекулы и так движутся по всем направлениям


Скажите пожалуйста, как Вы думаете: по какой причине, при наличии современных инструментальных возможностей по наблюдению за движением даже электронов [Ученые отследили движение электронов в молекулах], до сих пор никому так и не удалось наблюдать на практике того, что здесь в форуме описываете Вы, а именно хаотического движения молекул РАВНОВЕСНОГО воздуха некоторого объема?

Мысли какие-нибудь приходят в голову по поводу данного ФАКТА?

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 90 ]  На страницу 1, 2, 3, 4, 5, 6  След.

Модераторы: photon, whiterussian, profrotter, Jnrty, Aer, Парджеттер, Eule_A, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group