§ 27. Температура повітря

Пригадайте! 1. Яку роль у нашому житті відіграє температура повітря? Як часто вона змінюється? 2. Як обчислити середньоарифметичне значення? 3. Як знайти різницю додатних та від’ємних чисел?

Нові терміни до скарбнички знань: метеорологія, синоптика, амплітуда температур.

Коротко про головне

Вимірювання температури повітря. Інформація про температуру повітря, яка постійно змінюється, нас цікавить завжди. Це допомагає правильно вибрати одяг та скоригувати наші справи. Визначити температуру повітря можна за допомогою термометрів різної конструкції (мал. 155). Щоб одержать достовірні результати, термометр слід тримати в затінку, інакше отримаємо не температуру повітря, а температуру нагрітої поверхні приладу. Числові значення показань термометра залежать від обраної температурної шкали. У більшості країн, у тому числі й в Україні, застосовують термометри зі шкалою, запропонованою шведським ученим Андерсом Цельсієм.

Мал. 155. Термометри: а, б - рідинні (а - спиртовий, б - ртутний) в - механічний, г - електронний.

Принцип дії. Рідинний термометр. Колба з рідиною контактує з повітрям. Рідина, нагріваючись до рівня нагрітості повітря, розширюється й підіймається вгору трубочкою до певної позначки шкали; охолоджуючись - стискається й опускається. Механічний термометр діє як рідинний, але датчиком є металева спіраль або стрічка. В електронний термометр вбудований чутливий елемент, який фіксує інфрачервоні випромінювання й виводить результати на електронний дисплей.

Завдання. 1. Визначте температуру за спиртовим, механічним та електронним термометрами. За яким термометром для вас це зробити легше? 2. Іноді на рідинному термометрі подають дві шкали: за Цельсієм (°С) та Фаренгейтом (°F). Поясніть, чому українські школярі, побачивши на термометрі температуру повітря 32 °С, збираються на пляж, а англійські за 32 °F, збираючись на прогулянку тепло вдягаються.

Нагрівання атмосферного повітря. Виявляється, Сонце безпосередньо не здатне нагріти прозоре повітря. Його проміння вільно проходить крізь нього, як крізь скло вікна на підвіконня. Сонце гріє освітлену ним земну поверхню, а вже від неї тепло передається молекулам повітря. Тому чим далі вгору від земної поверхні, тим холодніше (мал. 156). Ось чому в горах значно прохолодніше, ніж на рівнині.

Мал. 156. Як нагрівається атмосферне повітря

Завдання. 1. Роздивіться малюнок. Розкажіть поетапно, як відбувається нагрівання повітря. 2. Поясніть, чому температура повітря з висотою знижується. 3. Яка існує закономірність зміни температури повітря з висотою в тропосфері?

Розподіл тепла в тропосфері. Було помічено, що з висотою в межах тропосфери температура повітря знижується з чіткою закономірністю: на кожний кілометр вгору холоднішає на 6 °С. Свого мінімуму температура повітря досягає на висоті 18-20 км: близько -60 °С. У більш високих шарах атмосфери існують свої закономірності зміни температури.

Добовий хід температури повітря. Температура повітря змінюється протягом доби. Зранку, перед сходом Сонця, буває найхолодніше; о 14-15 годині - найтепліше; увечері температура знову знижується. Чим вище підіймається Сонце, тим його промені під більшим кутом падають на земну поверхню. При цьому вони обігрівають меншу площу, тобто гріють сильніше. Найвище Сонце буває опівдні. Тому в цей час його промені під найбільшим кутом падають на земну поверхню. Від нагрітої поверхні поступово нагрівається повітря. Зранку сонячне проміння під дуже гострим кутом поширюється на велику площу, тому мало нагріває поверхню. Відповідно від землі слабо нагрівається й повітря. Отже, температура повітря залежить, насамперед, від кута падіння променів Сонця на земну поверхню (мал. 157). Також на температуру повітря впливають хмарність, опади, напрям вітру.

Мал. 157. Залежність температури повітря від кута падіння променів Сонця на земну поверхню

Завдання. Роздивіться малюнки та з’ясуйте: 1. Як змінюється кут падіння променів Сонця на земну поверхню протягом світлового дня. Як це впливає на температуру повітря? 2. Коли протягом дня температура повітря є найвищою й найнижчою. Поясніть чому. 3. Поміркуйте: як змінюється температура повітря протягом ночі.

Річний хід температури повітря. Кут падіння променів Сонця на земну поверхню змінюється й протягом року. У районі екватора ці коливання незначні, тому там температура повітря увесь рік однаково висока: панує «вічне літо». Тут є дні, коли промені Сонця прямовисно, під кутом 90 , падають на земну поверхню. Тоді кажуть, що Сонце в зеніті.

Чим далі від екватора, тим відчутніша різниця температур зими й літа. З року в рік відбуваються істотні коливання температури з різних причин. Але завжди в Північній півкулі січень холодніший за липень, а грудень - за серпень, оскільки кут падіння променів Сонця на земну поверхню значно менший у зимові місяці, ніж у літні (мал. 158).

Мал. 158. Залежність річного ходу температури повітря від кута падіння променів Сонця на земну поверхню (на прикладі Києва)

Оскільки під різним кутом промені Сонця падають на земну поверхню, одна й та ж сама кількість світла й тепла потрапляє на різну площу.

Завдання. Роздивіться малюнки та з’ясуйте: 1. Під яким кутом промені Сонця падають на земну поверхню в Києві у різні пори року. Як це впливає на температуру повітря? 2. Поясніть, чому 23 вересня та 21 березня Сонце знаходиться на однаковій висоті, але температури повітря значно відрізняються.

Спостереження за температурою повітря. Дослідженням процесів та явищ в атмосфері займається наука метеорологія (від грец. - високо в небі + знання), а її розділ синоптика (від дав.- грец. - спостерігаю все разом) - чинників, що визначають стан погоди та її прогнозуванням. Регулярні спостереження за погодою проводять на метеорологічних станціях за допомогою метеорологічних приладів. Так, показники термометра знімають кожні три години. За отриманими даними з метою визначення тенденцій у змінах температури проводять ряд обчислень. Розраховують середньодобову, середньомісячну та середньорічну температури повітря, як середню арифметичну величину, додавши всі здобуті показники й поділивши на кількість значень.

Розраховують також амплітуду коливання температур, як різницю між її найбільшим і найменшим значеннями. Якщо температури враховують протягом доби, амплітуду називають добовою; між середньодобовою температурою найбільш теплої і найбільш холодної доби протягом місяця - місячною; між середньою температурою найтеплішого й найхолоднішого місяців року - річною. Щоб наочно простежити зміни температур протягом доби, місяця, року, кількох років поспіль, будують графіки ходу температур (мал. 159).

Мал. 159. Графік річного ходу середніх температур повітря для Києва (за даними Центральної геофізичної обсерваторії імені Бориса Срезневського)

Завдання. За графіком з’ясуйте: 1. Який місяць року в Києві є найхолоднішим та найтеплішим? Які спостерігаються середні температури повітря в ці місяці? Порахуйте річну амплітуду коливання температур повітря. 3. В які місяці року відбувається перехід через 0 °С? 4. Визначте середні температури кожного місяця та розрахуйте середньорічну температуру повітря.

«Вірю - не вірю»: перевіряємо інформацію

• Слово «температура» виникло у XVIII ст., коли люди помилково вважали, що існує особлива невидима й невагома речовина «теплець», яка перетікає від теплого тіла до холодного, нагріваючи його. Тому в більш нагрітих тілах утримується більша кількість теплецю, ніж у менш нагрітих. А температуру сприймали як міцність суміші речовини й теплецю. Тому за аналогією до одиниці міцності спиртних напоїв одиницю температури назвали так само - градус. З розвитком науки в XIX ст. теорія повністю була відкинута. Але й донині французька назва теплецю (calorique) збереглася в назві одиниці кількості енергії - калорії.

ОЦІНЮЄМО СВОЇ ДОСЯГНЕННЯ • усього 12 балів

1 бал • 1. Поясніть, як правильно слід вимірювати температуру повітря. 2. Поясніть, як та чому змінюється температура повітря з висотою. 2 бали • 3. Протягом доби на метеостанції здійснили вимірювання температури повітря 4 рази. О 07.00 вона становила -5 °С; о 13.00 - +3 °С; о 19.00 - +1 °С; о першій годині ночі - 0 °С. Виходячи з цього, з’ясуйте, якою є середньодобова температура та добова амплітуда коливання температур повітря в даній місцевості. 4. Перед початком польоту повітряної кулі з мандрівниками термометр показував температуру повітря +14 °С. Після набору висоти за бортом температура становила -4 °С. Виходячи з цього з’ясуйте, на яку висоту піднялася повітряна куля? 3 бали • 5. Поясніть залежність температури повітря від різних чинників протягом доби та протягом року. 6. Поясніть, чому метеорологи не лише вивчають атмосферу, але й працюють в урядових і військових організаціях, в авіації, мореплавстві, сільському господарстві, будівництві, на телебаченні.

Зміст