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| 《化学哲学新体系》第一章 第八节 论大气的温度 | | 文章来源： 点击数：5246 更新时间：2010-7-16 8:45:22 收藏此页 |
| 个值得注意，但我相信一直不曾被满意地说明的事实是，在所有地方和季节空气都被发现温度随着我们的登高而下降，差不多成等差数列。有时事实可能不是这样，即在地面上空气比上面冷，特别是在开冻的时候，这我曾注意到；但是这显然是受到大气中巨大的扰动的影响，最多也只是一个很短的时间，那么会什么是登高时普度下降的原因呢？在解决这个问题以前，先考虑一下普通解答的欠缺之处。可能是适当的。空气，据说，不被太阳的直接射线所加热，后者通过空气就像通过透明的介质一样，在到达地面以前，是不产生任何热效应的。只有在地面被加热后，才把一部分热交给邻近大气，而上层空气按比例来说由于它们离开地面较远，因而受到的热也较少，形成了温度的渐变，就像一根铁棒在一端加热时所发生的那样。乎是独
以上解答的第一部分可能是正确的：空气对热的关系似乎是独特的，它的辐射状态的热既不吸收也不放出；这样，热在空气中的传播一定是通过它的传导能力而实现，就像在水里那样。现在我们知道，在一个水柱下面加热，这时热就通过受热质点极其迅速地向上传播；受热的空气上升，这也是同样确定无疑的。根据这些观测，把上面提出的理由直接应用于大气垂直圆柱中的温度渐变，将会得出与事实相反的结论；即上升越高或离地面越远，温度就应该越高。
不管这个论证是正确的，还是错误，我想大家一定承认，该事实迄今还不曾到得满意的解释。我设想它包含着一种新的热原理；这种原理，我认为，没有其他自然现象向我们提供过，而且现在还不是这样认识的。我在后面将尽力说明这个见解。
该原理是这样的：在同一个垂直的空气圆柱内每个原子含有相同热量时，大气中才达到热平衡；因而，在随着上升而温度逐渐下降时，大气中达的热平衡。
当我们考虑到空气对热的容量通过稀薄作用而增加的时候，应该承认这是一个正确的结论；在热量是给定或受到限制对，温度就一定受到密度的控制。
任何在地面上的物体，在不均匀受热时，总是趋向于温度相等，这是一个确定的原理；而上面提出的新原理似乎对这个定律提出一个例外。但是如果进行仔细观察，就很难持这种看法。热的相等和温度相等这两种说法，在其应用到相同状态下的相同物体时，是如此一致地联系在一起，以致我们在它们之间很难作出任何区别。没有人会反对把这个通常观察到的定律用下面这些话来表示：当任何物体在不均匀加热时，只有在物体每个质点含有相同热量的情况下，才能发现平衡得到恢复。现在我理解这样表示的定律是一个真正的普遍定律，对大气和其他物体都适用。自然界是倾向于使热恢复相等，而不是使温度恢复相等。
的确，大气在对热的关系上给我们提供出一个明显的特点：我们看到，在空气的垂直圆柱内，一个没有改变任何形状的物体缓慢而逐渐地从较小的热容量改变为较大的；但所有其他物体则整个保持均匀的热容量。
如果有人问，为什么热的平衡取决于热量而不取决于温度；我只好回答我不知道：但是我是以上升到大气中观察到的温度不相等这个事实作为证明的根据的。如果大气的自然倾向是使温度相等，我认为没有理由解释为什么上层区域至少不是同下层的一样暖。
为了试图建立新的原理，我们所提出的诸论点已被以下事实有力地证明：根据布格（Bouguer）、索热尔(Saure)和盖-吕萨的观测，我们发现，空气在升高其重量为在地面上重量0.5时，其温度要比在地面上低华氏50°；根据我的实验（《曼彻斯特学会纪要》第5卷，第525页），似乎把空气突然从2稀释为1时，发生50°的冷却。由此我们可以推断，把地面上一容量空气，保持其原来温度送到上述高度，然后让它膨胀，这时空气将会变为两容量，它们的温度将上升50°，而它们比重和温度将与地面上同样体积的空气一样。同样我们可以推断，如果把一体积空气从地面上提高到大气的顶端，再把它压缩，放到地面上水平位置，它的密度与温度将与周围空气一样，一点也没有吸收或放出热。
另一个支持这里所提学说的重要论点可以从一种蒸汽大气的想象而得到。假定现在大气不存在，代之以蒸汽或水蒸气；再进而假定，这种大气在地面上每个地方温度都是212°，其重量等于30英寸汞柱。现在在大约6英里高处，其重量将为15英寸或在下面时重量0.5,在12英里处，其重是将为7.5英寸或地面上重量的0.25等等。温度在每个间隔可能会减少25°度。它不会减少更多；因为我们曾看到（第8页），温度减少25°使蒸汽的力降低一半；因此，如果温度减少再多些，压在上面大气的重量将把一部分蒸汽凝结为为水，这样使总的平衡由于上面区域的凝结而不断受到破坏。但是另一方面，如果我们假定，在每一个这些间隔内温度减少小于25°，则上面区域就能够容纳更多蒸汽而不发生凝结；但是这一定是在地面上发生，因为在212°时不能支持大于30英寸汞柱的重量。
这三个假设的水蒸气大气情况可以用另一种方式陈述如下：
1.假定蒸汽在地面上的比重为大气的0.6倍，蒸汽大气的重量等于30英寸汞柱，则其在地面上的温度将为212°；在6英里高处，为187°；在12英里高处，为162°；在18英里高处，为137°；在24英里高处，为112°，等等。在此情况下，密度，不但在地面上，而且在每个地方都将是是大值，或者说是在当时温度下可能的最大密度；所以一下就达到了完全平衡。不管在任何区域都既不会凝结，也不会蒸发。每升高400码温度计将降低1°。
2.如果大气的组成与上面的一样，只是现在温度比每6英里25°的比率减少得更快，则较高区域的温度就不足以支持其重量，这时就一定发生凝结，于是重量就会减少，但是由于地面温度总是假定保持在212°，蒸发一定在那里继续进行以保持压力在30英寸，于是在新近上升的蒸汽和下降的凝结的两点之间存在着不断的斗争。一个远比上面更加不可能的见解。
3.情况假定同前面一样，但是现在温度降低比每6英里25°的比率慢：在这种情况下，蒸汽在地面上的密度在该温度下的最大值，而在别外则不然；所以如果把一些水拿到高处，它就会蒸发；但是在气增加的重量将会在地面上使蒸汽凝结为水，于是在此情况下就不会有我们在第一种情况下所见到的那种平衡，而这平衡是更符合于自然法则中所能观察到的规律性和简单性的。①
蒸汽的大气实际上是围绕着地球，它不依赖于其他大气而存在，却又与它们极其密切地混合在一起，这个事实，我认为，是能够证明的。我在《曼彻斯特学会纪要》和《尼科尔森杂志》中几篇文章里曾力图加以说明，这些我一定要提到。任何弹性流体，不管其重量为30英寸汞柱，还是二分之一英寸汞柱，都一定要遵守相同的普遍法则；但是看来蒸汽大气在升高时其温度的变化没有空气快。因此，类似于第二种情况中指出的某些结果在我们的混合大气中是应该遵守的；即在较高区域蒸汽凝结，而在下面则同时进行蒸发。这实际上几乎每天在发生；空气的云层经常在上面，而在下面区域则比较干燥。 | | 总页数：1 第 1 页 |  |
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