关于空气的一个理想实验征答.3(140404)

张学文，2014/4/4

本来打算把我过去关于这个问题的一个计算贴出来讨论，可昨天突然想到我们的理想实验还可以改得更简单清楚。于是我现在就把新的类似的理想实验写在下面：

基本实验环境:（与前面差不多）

Ø      在地球引力场中水平放着一个横截面为1平方厘米的2公里长的圆管子。

Ø      设想这个管子是刚体，并且绝热、无摩擦的而且是封闭的。

Ø      设想管子内装着质量为200克的干空气，其温度是10℃。

理想实验：

在管子中央系一根绳子，把这根长管子从中央位置掉起来，使它悬空。而且绳子离开地面1公里。于是：

于是我们设想这根水平的长管子显然很不稳定，而难以维持水平状态。于是它在随机干扰下会逐步竖起来（相对重的一端下沉）。

结果是管子内靠地面一端的空气被压缩变得密度大而上端空气变得稀薄。即形成了管子内部的空气压力(也包括温度)随高度的变化。并且应当认为它最终会形成一个稳定的压力(温度)0铅直分布（动力学的平衡/热力学的平衡）。

我们现在问：竖直状态的管子内的压力、温度随高度（上下高度差2公里！）的分布是什么，以及它们为什么会是这样。