वायुमंडल को अंतरिक्ष में रिसने से कौन रोकता है?
जवाब
गुरुत्वाकर्षण। इस प्रश्न का उत्तर पहले ही कुछ इस तरह दिया जा चुका है, "यदि आपके पास समुद्र से अंतरिक्ष तक जाने वाला एक पाइप होता, तो क्या आप समुद्र को सोख लेते।"
जवाब न है। महासागरों और पोखरों की तरह, वायुमंडल गुरुत्वाकर्षण द्वारा नियंत्रित होता है। यहां नीचे, हवा को 60 मील (100 किमी) के आवरण वाले वातावरण के नीचे भी सील कर दिया गया है, जिसका वजन लगभग 14.5 पाउंड प्रति वर्ग इंच (काफी किलोग्राम/सेमी² नहीं) है।
जैसे-जैसे आप ऊंचाई पर चढ़ते हैं, हवा पतली होती जाती है क्योंकि ऊपर दबाव डालने के लिए हवा कम होती है। यह कभी भी ख़त्म नहीं होता, बस तब तक पतला होता जाता है जब तक इसका पता लगाना बंद न हो जाए।
85 किलोमीटर (53 मील) से ऊपर, वायुमंडल सीधे सौर हवा के साथ संपर्क करता है, और दिन के दौरान 2,500 डिग्री सेल्सियस (4,530 डिग्री फ़ारेनहाइट) तक गर्म हो सकता है। हालाँकि, आपको यह महसूस नहीं होगा, क्योंकि हवा इतनी दुर्लभ है, यदि आप उस ऊंचाई पर अपना हाथ बढ़ा सकें, तो कुछ परमाणु किसी भी ध्यान देने योग्य ऊर्जा को प्रभावित करने के लिए आपको छू सकेंगे।
लेकिन क्योंकि व्यक्तिगत परमाणु और अणु इतने ऊर्जावान होते हैं, और क्योंकि वे सौर हवा के साथ बातचीत कर सकते हैं, कुछ अलग हो जाते हैं, सौर हवा का बल गुरुत्वाकर्षण बल पर हावी हो जाता है। इसमें आश्चर्य की बात नहीं है, ऐसा ज्यादातर हाइड्रोजन और हीलियम के साथ होता है, हालांकि भारी परमाणु कम मात्रा में अलग हो जाते हैं।
गुरुत्वाकर्षण और अन्य अणुओं के साथ टकराव।
http://faculty.washington.edu/dcatling/Catling2009_SciAm.pdf
पृथ्वी की सतह पर पलायन वेग 11.19 किमी/सेकंड है। गैस के अणु अपने आणविक भार और तापमान द्वारा निर्धारित वेग से चलते हैं। वेगों का वितरण होता है, और बहुत कम लोग ही पृथ्वी छोड़ने के लिए आवश्यक वेग प्राप्त कर पाते हैं। उनमें से बहुत कम ऐसे घनत्व पर घटित होते हैं जहां उनका माध्य मुक्त पथ उन्हें वास्तव में भागने की अनुमति देता है।
गतिज तापमान
288 K पर वायु का Vp= 0.4 किमी/सेकंड होता है। कम तापमान पर, गति कम होती है। 288 K पर हाइड्रोजन का Vp=1.55 किमी/सेकंड होता है। गैस की थोड़ी मात्रा गायब हो जाती है।
मैंने पिछले कुछ दिनों में इस पर कुछ विचार किया है और तापमान और दबाव चूक दर के बारे में सोचा है।
सीधे ऊपर की ओर यात्रा करने वाला एक अणु प्रति सेकंड 9.81 मीटर/सेकेंड की गति से धीमा होता है।
प्रारंभिक वेग के संदर्भ में त्वरण के तहत तय की गई दूरी को फिर से लिखने पर विचार करें।
डी=(1/2)*वी^2 / जी0
और सतह पर एक अणु का Vp 407 m/s है जो 288.19 K पर सीधे ऊपर जा रहा है। 8.44 किमी पर यह शून्य ऊर्ध्वाधर गति तक पहुँच जाता है और वापस नीचे गिरना शुरू कर देता है।
अब मान लीजिए कि समुद्र तल पर हवा का दबाव 101,325 पास्कल है। यह ऊपर 10,330 किलोग्राम हवा से उत्पन्न होता है। अब घनत्व ऊंचाई के साथ घटता है लेकिन समुद्र तल पर हवा की सतह के घनत्व से विभाजित होता है। आपको क्या मिलेगा? 8.44 किमी!
क्या यह एक संयोग है? नहीं, यह उस स्थान के ऊपर की सारी हवा का भार है।
ज़रूर परमाणु टकराते हैं लेकिन ऊर्जा संरक्षित रहती है!
परमाणु एक दूसरे में उछलते हैं और उनकी अगल-बगल की ऊर्जा नहीं बदलती लेकिन उनकी ऊर्ध्वाधर ऊर्जा बदलती है!
ऊर्जा की मात्रा ऊंचाई के साथ घटती जाती है। कम से कम क्षोभमंडल में जहां गुरुत्वाकर्षण और सतह की स्थिति हावी है।
ऊंचाई के साथ ऊर्जा हानि से दबाव और तापमान और घनत्व काफी प्रभावित होते हैं।
8 किमी से ऊपर अन्य प्रभाव हावी रहते हैं।
इसका मतलब है कि क्षोभमंडल में तापमान में गिरावट आती है।
साथ ही उस ऊंचाई और तापमान पर एक निश्चित गति से चलने वाले परमाणुओं की संख्या भी बदल जाती है जिससे घनत्व मिलता है।
अवस्था का समीकरण हमें तापमान और घनत्व जानकर दबाव देता है।
पीवी=एनआरटी
ये विचार मानक वायुमंडल सूत्र के अनुरूप हैं।
15.04 सी = 288.19 के