لماذا كلما ارتفعنا عن سطح الأرض تنخفض درجة الحرارة؟

لماذا كلما ارتفعنا عن سطح الأرض تنخفض درجة الحرارة؟

الإجابة المُختضرَة: إنْ كان لديك بالون دافئ، سيرتفع، نعم، ولكن في خلال ارتفاعه سيتمدّد في وجود قلة الضغط الجوي، مما يجعل درجة حرارته تنخفض.

إذا سخّنت الهواء بداخل بالون، سيرتفع البالون.

كما أنّ الهواء الدّافئ يرتفع في الغرفة التي بها مكيّف لأنه أقل كثافةً وبالتالي أخف، مع ذلك نلاحِظُ قمم الجبال مغطّاة بالثليج.

لماذا إذن كلما ارتفعنا عن سطح الأرض تنخفض درجة الحرارة؟ (تقريبًا 10 درجات مئوية لكل كيلومتر) لماذا لا يرتفع الهواء الدافئ في كوكب الأرض ككل؟

أتذكر قانون الغازات المثالية؟ يمكنُ تخيّل فكرة قانون الغازات المثالية، الذي درسناه في المراحل الدراسية المبكرة (التمدد يُبرّد والانضغاط يُدفّئ)، بتمثيل جزيئات الهواء (والغازات عمومًا) بكرات ترتطم ببعضها البعض وترتد.

كل جزئ يصطدم بالجزيئات الأخرى وبالأرضية بسرعة كبيرة.

لاحظ أن هذه الكرات لديها كتلة وحركة، مما يعني أن لديها قوة حركية.

كلما زادت حركة شيء، زادت قوته الحركية.

لكن كأي شيء في عالمنا، حين ترتفع عن سطح الأرض، تقل سرعته؛ فإذا رميت بكرة إلى أعلى سترتفع وتقل سرعتها مع العلو حتّى تقف وتسقط، لماذا؟ ذلك لأن الطاقة الحركية لهذه الكرة تتحول لطاقةٍ وضعية – تمثّل الكرة الطاقة الوضعية في هيئة ارتفاعها.

الحرارة، حرفيًا، ما هي إلا قياس لمدى حَركة الذّرات العشوائية – بمعنى أدق: قياس لقوتها الحركية.

مرة أخرى: كلما زادت حركة الجزيئات، زادت طاقتها الحركية، وبالتالي زادت درجة الحرارة. كلما قلّت حركة الجزيئات، انخفضت الطاقة الحركية، حتّى إذا توقفت الجزيئات عن الحركة نهائيًا، نصل إلى الصفر المطلق (عند -273 درجة مئوية).

حين تتحرك جزيئات الهواء الدافئ عند مستوى سطح الأرض، فهي تتحرك بسرعة كبيرة، ولكن حين ترتفع إلى أعلى بسبب قلة كثافتها، ستتحرك ببطئٍ أكثر مع الوقت؛ بسبب تحوّل الطاقة الحركية لطاقة وضعية، تمامًا كالكرة في مثالنا.

نفس السيناريو مع كل الجزيئات المجاورة.

مع الوقت، سرعة أبطأ = قوة حركية أقل = درجة حرارة أقل.

مواضيع سابقة