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不同的气体可以摩擦生电吗?

已有 684 次阅读 2019-4-9 11:12 |个人分类:空中水科学|系统分类:观点评述

不同的气体可以摩擦生电吗?

张学文,20190407-9

 

两种不同的固体摩擦可以生电,这可能是小学生都知道的事实。现在问两种不同的气体如果摩擦是否也可能使得气体带电(电离)?

这样类比的提问,应当是可以的吧(尽管我的电学知识很少)!

提出以上问题可以首先要回答另外一个问题:如何让不同的气体发生摩擦?

对此我们也许可以设计专门的实验。而我是想到了干空气与水汽的摩擦问题。记得在博客(见后) 中我分析到当大气中存在气压梯度力时(空间的大气压力不相等)对空气可以形成地转风时,水汽也可以产生地转风。但是相同的环境气压梯度所形成的失去的风速是比空气风速大61%---我想这应当是宏观尺度的理想(干空气与水汽没有摩擦)风速的差别。

由于干空气与水汽是混合在一起的。水汽(在存在地转风的情况下)理论上比空气运动快61%是难以兑现的。因为运动慢的空气时刻都在影响着水汽分子跑得更快。于是干空气与水汽之间就形成了摩擦。这种摩擦使得水汽分子不能跑得那么快。

而这也为我们提供了一个局面:不同的气体分子之间存在有序(不是各向同性的分子热热运动)的相对运动。

如果过去知道不同物理性质的固体摩擦可以生电,那么干空气与水汽之间的摩擦未尝不能使水分子带电。想一想化学家说水分子是有极性的分子。我们不妨推测水分子可能在摩擦中失去外层的电子而带有极性。这样大气的电场就可能干预带电水分子的运动了….

我的正面推测也就到此为止了。

 

不同的气体可以摩擦生电吗?

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转帖有关博客 1

欢迎批判--水汽的运动比空气快61%

张学文,20190228

气象学历来认为在自由大气中,水汽散布在干空气中,它与空气是一起运动(没有饱和以前)的。它们的运动速度(即风速)应当是相同的。

今天我对此质疑。我考虑水汽应当比空气运动的快。

似乎应当快61%.这个认识对吗?

 

欢迎物理、气象学专家指正!

 

对此我这样考虑的:

1.        我承认水汽是混合在空气中的。其实大家都承认它们可以看作是理想气体单独存在,而且都符合理想气体的状态方程

2.        大家都承认在自由大气中(距离地面1.5公里以上的空中)全球大气的运动基本符合地转风关系。而这是一种没有加速度的平衡的运动。地转风对应的运动是气压梯度力与地转偏向力维持平衡条件下的空气的平稳的、显著的空气运动。

3.        现在我们具体分析空气与水汽对地转风公式的运用。让我们在一个等高面上讨论问题(注意不是气象学经常用的等压面上)。而我们知道此时的地转风的速度与气压水平梯度成正比例,与空气密度成反比例。具体公式我就不列出了。

4.        我们应当承认大气压力是一种与面积成正比例的力。它不是与质量成正比例的力。所以单位横截面上的干空气与水汽它们受到的压力是相同的,对吧!

5.        为了分析问题,我们不妨根据水汽的数量计算出在相同压力下水汽占有相对体积,既此体积内都是水汽分子,但是它的温度、压力与原空气温度、压力相同。既此体积内的水汽与另外体积内的干空气混合(相同温度、相同压力)就是原来的湿空气。(就此可以设计一个理想实验:在标准状态下,取一根24升大的盒子,装入1摩尔空气,再把盒子内设一个隔离区,并且让它的温度、压力与其他部位相同,最后我们把水分子集中到这个隔离区,把空气赶出去)

6.        而根据理想气体的状态方程我们知道,如上的小体积内虽然与余下的干空气具有相同的压力、相同的温度,但是依据理想气体的状态方程,水汽的密度却比空气小,对吗?(1摩尔的水汽只有18克,空气是29

7.        好,现在我们把地转风平衡的公式用到仅由水汽分子组成的小体积内。显然根据地转风公式,在大气压力梯度相同而水汽密度比空气小的情况下,水汽分子的地转风风速就比干空气地转风的风速大。

8.        由于空气的分子量是29,水汽是18,相同压力相同温度下的水汽密度与空气的比值是18/29,而地转风公式中气体密度在分子部位,所以水汽的地转风风速与干空气的地转风风速的比值是29/18=1.61,即水汽在伴随空气做水平运动时,其方向相同但是速度却快了61% 

9.        如果本分析正确,那么我们过去用风速乘以比湿再乘以空气密度的计算水汽通量的结果几乎是面目全非了。

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