云是怎么飘在天上的,云有重量为什么可以飘在空中

首页 > 自然 > 作者:YD1662024-04-29 05:15:22

云是地球上最优美的景观。

云来自哪里?它来自地球表面的水。海洋、湖泊、河流、潮湿的地面、树木的水汽蒸发,包括我们人体都会时刻蒸发出水蒸气。水蒸发时我们是看不见的,它是水的气态,只有当水蒸气遇冷凝结在一起组成一个一个的分子团时,它折射和反射光,我们才能看到小水滴。

云就是由数以亿计的小水滴和小冰晶组成的,它们折射和反射光线,于是我们就看见了云。

云是怎么飘在天上的,云有重量为什么可以飘在空中(1)

美丽的云

我们都知道水比空气重得多,云既然是水组成的,云层中有数以吨计的水,为什么它能漂浮在空中呢?

水蒸气比空气轻

前面说了,水蒸气是水的气体形态。液态水是由许多水分子通过相互间氢键的作用结合成分子团,而当水蒸发时,水分子会脱离出来,变成一个个独立的分子,分子与分子之间保持着距离。

水的摩尔质量为18.02g / mol,而在标准温度和压力下,空气的平均分子量为28.57g / mol。空气的摩尔质量比水要大的多,为什么会这样?

云是怎么飘在天上的,云有重量为什么可以飘在空中(2)

水的摩尔质量比空气小

我们知道,干燥空气中含有约78%的氮气(N₂),21%的氧气(O₂)和1%的其它气体。氮的原子量为14,氮气由两个氮原子组成,所以氮气的分子量为28,同样的,氧气的分子量为32。水分子的分子式是H₂O,它是由一个氧原子与两个氢原子组成,水分子的分子量只有18。因此空气的摩尔质量比水大。

云是怎么飘在天上的,云有重量为什么可以飘在空中(3)

水分子、氮气分子与氧气分子

纯水蒸气每升重约0.598克,而一升空气重约1.27克,空气比水蒸气要重多了。水蒸气比空气更轻,因此它会上升,并且与空气相混合。混合了水蒸气后的空气不仅变得潮湿,它的摩尔质量也降为28.51g / mol,所以潮湿的空气比干燥的空气轻,它会继续显现上升状态。

小水滴不会掉下来

当潮湿空气上升到距离地面很远的高空时,空气的温度会越来越低,这是因为地面的热辐射逐渐减少的缘故。于是空气中的水分子相遇,它们的氢键会发生作用,水分子会凝聚在一起,形成极微小的水滴。水滴的密度比空气大,于是它就会慢慢地往下掉。

相较于重量来说,小水滴的表面积很大,它下降的速度很慢,大约以1厘米/秒的速度往下飘。与此同时,更多的水分子加入会使小水滴向外散热,这会在水滴周围形成一层热的空气层,热空气层会像一个小小的热气球一样托着小水滴上升。

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