根据科学家研究,每一立方米的有积雨的云朵重量大概是0.5克,一朵大小适中的云可能有10亿立方米,重量大约为500吨。
那这么重的云朵,为什么不会从天上掉下来呢?难道它不会受万有引力的影响吗?这就得从云的形成来说起了。
其实云的形成与大自然的循环有关,地球上海洋湖泊等的水分蒸发以后就会慢慢凝结成云,之后就会形成雨,这样才会受到地球引力的影响,落到地面上来。
那么水分为何会蒸发呢?我们知道水它有三种形态,分别为固态气态以及液态。
当液态的水温度达到100℃,也就是它的沸点时,就会气化,然后才会形成云雾,但这里的蒸发与气化并不是同一种类型。云朵就是靠蒸发来形成的。
蒸发的原理是氧分子与水分子之间发生了互换,大自然界的水分中不仅仅只有水分子,它们还有别的重要元素,其中就包括氧分子。
所以这里面的一些调皮的氧分子就会与水分子进行结合,从而达到置换水分子中的氧的效果。
可是这两个分子的最外层电子数运动速率也就是快慢各不相同,氧分子中的要比水分子中的速率高一点。
所以在这种情况下,水分子就像是一个极其饱满的气球,因此在受到斥力的作用下,就会任性的推开别的水分子,从而进入到我们的空气中。
具体来说,云的形成需要我们根据阿伏伽德罗定律来研究。
在温度不变,压强不变的情况下,空气中相同体积的分子数量也相同。我们大气中的分子大部分是氦分子和氧分子构成的,可是按照原子序位表来看,氦更靠后一点,所以氦分子就相对重一点。
因此当空气中充满了水分子时,空气就像是充气的气球一样往上升。但是如果觉得这种说法不太好理解,可以想象家里面的鱼吐泡泡的场景,鱼吐出来的气泡在不断上升的过程中,受到水的压强作用会越来越小,所以气泡里面的压强也会越来越小,气泡的体积自然会慢慢变大。
这时候水分子就会慢慢向周围扩散,但由于它们体积太小,我们无法用肉眼看清它们。而我们之所以可以观察到它们,是因为空气中有灰尘,这些灰尘的作用非常大,它们会起到凝结核的作用,让水分子附在它周围。直到凝结到一定数量的水分时,就会形成云朵了。
那云朵之所以不会掉下来,归结于它的坠落速度。云是由一定的水滴组成,这些水滴的质量太轻了,体积也很小,所以它们在下落的过程中会遇到很多障碍,比如遇到灰尘或者是其他分子的干扰,就会重新的返回到天空中。
你可以想象一下,在天气晴朗的空中,下降速度极慢的小水滴遇到各种障碍,就会慢慢上升。
再加上空气的流动会加剧小水滴的蒸发,一经蒸发,又都变成了一个个小水分子,重复之前的过程,附在凝结核上,再变成小水滴,循环往复,自然而然云也就不会掉下来了。
所以我们平时看到的云朵虽然变化很小,可是这些小水滴们却在每时每刻变化着,以此来达到一种平衡。
以物体漂浮于水面为例:冰可以漂浮在水上,因为水凝固成冰后会膨胀,密度变小。水一般定义为1000千克/立方米,冰则是900千克/立方米,所以冰块约十分之一的部分可以漂浮在水上。云的主要成分是水蒸气,即汽化的水。百度了一下,空气平均密度是1.29千克/立方米,水蒸气平均密度是0.6千克/立方米。由此可见水蒸气的密度远远小于空气,所以水蒸气能漂浮于空气之上。另外,空气和云的密度会发生变化,也会影响云的漂浮情况。
首先,也许每个人都曾这样想吧:“云会浮着,是不是因为它是气体?”这想法很可爱,但,完全不是。 假如云完全由水蒸气组成,那很好,太好了!因为你知道吗,相同体积的水蒸气比空气轻(具体的原理是高中化学的阿伏伽德罗定律)。因此,地表或水面产生的一大包水蒸气,就会因为有较小的密度而自动上浮,像一颗透明的热气球。如果水蒸气是温暖的,则体积更大,浮力更大,就上浮更快了。
科学家测量积云的密度约为0.5克每立方米,积云是蓬松的白云,云的具体密度取决于它们的类型,花边卷云的密度较低,而雨云更密。一个典型的积云大约长宽高各有1千米,按照0.5克每立方米的密度计算结果整个积云的重量正好是50万公斤。积雨云的密度要大得多,体积也要大得多,可能重达100万吨,相当于一群大象漂浮在你的头顶。
在适当的条件下,这些小水滴或小冰晶会进一步聚集,当每个小水滴或小冰晶大到空气托不起时,就自然会下来。这就是你站在地面上看到的下雨或下雪天气。