Почему горячий воздух движется вверх?

[Denis Russkih]

Munin в сообщении #802030 писал(а):

Верно. Для поведения газов есть два характерных масштаба времени: на малых временах они ведут себя гидродинамически, как жидкость, а на больших временах срабатывает диффузия и теплопроводность, и в конечном счёте устанавливается химическое и термодинамическое равновесие.

Ну так конвекция — это вроде бы довольно быстрый процесс? :) Почему бы газу в данном случае не вести себя гидродинамически?

Я думаю, если нагревать воздух в помещении очень медленно, малыми порциями тепла, то он и будет прогреваться равномерно. Если же в помещении есть очень горячий предмет, быстро нагревающий воздух вокруг себя — вот тогда конвекция и начинается. Или нет?

[Munin]

Denis Russkih в сообщении #802057 писал(а):

Ну так конвекция — это вроде бы довольно быстрый процесс? :) Почему бы газу в данном случае не вести себя гидродинамически?

Да. Именно. Именно так он себя и ведёт. А то, что вы описываете - это поведение на термодинамическом масштабе времени, когда горячий и холодный газ смешаются внизу сосуда (по крайней мере, взаимно продиффундируют, хотя на самом деле, одновременно они придут и к равной температуре).

Denis Russkih в сообщении #802057 писал(а):

Я думаю, если нагревать воздух в помещении очень медленно, малыми порциями тепла, то он и будет прогреваться равномерно. Если же в помещении есть очень горячий предмет, быстро нагревающий воздух вокруг себя — вот тогда конвекция и начинается. Или нет?

Да, верно.

Не помню условия конвекции, но оно было довольно простое. Кажется, в него входила величина градиента температуры. Если за счёт теплопроводности этот градиент слишком мал - то конвекции не будет.

[Denis Russkih]

Munin

Большое спасибо за пояснения, хотя после них я окончательно перестал что-либо понимать. :)

Munin в сообщении #802060 писал(а):

Да. Именно. Именно так он себя и ведёт.

Так. На малых отрезках времени газ ведёт себя как жидкость. Почему происходит конвекция в жидкости, вопросов не возникает. (Иначе автор темы сразу про жидкость и спросил бы.)

Получается, вопрос темы заключается в том, почему газ ведёт себя гидродинамически на малых отрезках времени, с точки зрения молекулярно-кинетической теории?..

Но Вы же только что объяснили, что "на больших временах срабатывает диффузия и теплопроводность". Получается, что и здесь нет тайны? В чём же тогда загвоздка?

Или всё дело в том, что это словесные рассуждения, а надо найти обоснование на языке формул? То есть, проблема в преодолении пропасти между интуитивным пониманием и математическим описанием?

[Munin]

Denis Russkih в сообщении #802362 писал(а):

Почему происходит конвекция в жидкости, вопросов не возникает. (Иначе автор темы сразу про жидкость и спросил бы.)

Наоборот, жидкость сложнее газа. Нам бы газ понять...

Denis Russkih в сообщении #802362 писал(а):

Но Вы же только что объяснили, что "на больших временах срабатывает диффузия и теплопроводность". Получается, что и здесь нет тайны?

Не совсем. А почему на малых временах срабатывает гидродинамика? И вообще, многое из того, что можно объяснить "на пальцах", внезапно встречает сложности с тем, чтобы быть объяснено достаточно строго и со вниманием к нюансам.

Denis Russkih в сообщении #802362 писал(а):

Или всё дело в том, что это словесные рассуждения, а надо найти обоснование на языке формул? То есть, проблема в преодолении пропасти между интуитивным пониманием и математическим описанием?

Не в формулах дело, а в строгости и точности мысли.

[it12345]

longstreet в сообщении #800696 писал(а):

почему горячий воздух будет двигаться против внешней силы?

А Вас не удивляет, например, что одна из чашек неуравновешенных весов также движется "против внешней силы"?
По-моему, механизм тот же, что и для деревяшки в воде, и он общеизвестен:
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%BD_%D0%90%D1%80%D1%85%D0%B8%D0%BC%D0%B5%D0%B4%D0%B0
Просто надо просуммировать силы, действующие на тело, и получится, разумеется, что тело движется ровно в направлении суммарной силы.

[Munin]

it12345
Если бы вы читали внимательно первый пост, вы бы были в курсе, что такой ответ не нужен (и известен).

[it12345]

Я и хотел бы, чтобы longstreet ответил, что его не устраивает в том, что
сила Архимеда = сумма гидростатических сил - вес тела?
В чём вопрос? Нужно вывести зависимость гидростатического давления от глубины?

[nikvic]

it12345 в сообщении #806058 писал(а):

сила Архимеда = сумма гидростатических сил - вес тела

Точнее - сила Архимеда = сумма гидростатических сил.

[it12345]

Провёл опыт из занимательной книжки Перельмана. В ёмкость насыпал сухой песок, предмет с маленькой плотностью (пластмассовую коробочку), предмет с большой плотностью (гайку) и хаотично (но энергично) тряс ёмкость. В результате получалось точно то, что доктор Перельман прописал: пластмасcка в песке всплывала, гайка - тонула.

Т.е. можно взять чисто механическую систему - ёмкость, в которую насыпаны одинаковые шарики плюс один шарик того же размера, но другой плотности. Можно вычислить силы, действующие на любой шарик. Они будут ровно такие же, что в примере, который я приводил выше (деревяшка в воде): силы со стороны боковых шариков взаимно скомпенсируются, а сила со стороны нижних шариков будет больше, чем сила со стороны верхних шариков. Соответственно, результирующая сила будет определяться весом шарика.

Я думаю, это несложно смоделировать на компьютере. (Про интегралы ничего не знаю).

Думаю, что Вы просто оказались под впечатлением мнимого парадокса - газ движется против внешней силы. На самом деле это сводится к чисто механической задаче с шариками.

[iifat]

Рискну предположить, то вы легко отличите коробочку с песком и гайкой от резрвуара с газом. Как вы считаете: эта лёгкость — необъяснимое свойство человеческой натуры, или же таки следствие того, что физические законы поведения газа отличаются от законов поведения песка, пусть даже мы станем трясти его за грудки?

[Munin]

it12345 в сообщении #806390 писал(а):

Т.е. можно взять чисто механическую систему - ёмкость, в которую насыпаны одинаковые шарики плюс один шарик того же размера, но другой плотности.

Вот только молекула нагретого газа - не другой плотности. Ага?

[it12345]

Аналог шарика в механической модели является, разумеется, не молекула газа, а некий его объём, участвующий в конвективном движении.

-- 26.12.2013, 18:04 --

iifat в сообщении #806426 писал(а):

физические законы поведения газа отличаются от законов поведения песка

Ну, на самом глубоком уровне вообще всё описывается одними и теми же физическими законами.
Но в рамках поставленного в этой теме вопроса - да, можно считать, что законы поведения гайки и песка те же, что и законы поведения объёмов холодного и горячего воздуха при конвекции, и те же, что и законы поведения деревяшки в воде.

[Munin]

it12345 в сообщении #806476 писал(а):

Аналог шарика в механической модели является, разумеется, не молекула газа

Разумеется, именно она. Если вы, конечно, с молекулярно-кинетической теорией газа знакомы. Хотя бы на школьном уровне.

-- 26.12.2013 20:11:42 --

it12345 в сообщении #806476 писал(а):

а некий его объём, участвующий в конвективном движении

никто не трясёт, как песок.

[it12345]

Если бы речь шла о диффузии - то да, нужно рассматривать движение молекул.
А при конвекции рассматривается движение объёмов вещества.
Т.е. при последовательном приближении деревяшку в воде можно заменить на каплю масла в воде,
а её - на каплю горячей воды в холодной воде.

[Munin]

it12345 в сообщении #806539 писал(а):

А при конвекции рассматривается движение объёмов вещества.

А что, объёмы вещества не состоят из молекул?