热空气上升，为什么山顶更冷？

可能有些地平论者认为这在某种程度上证明了他们的观点，但物理学并不那么难。

山顶有雪是有原因的，但在低海拔地区可能会相当温暖。

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热空气上升是物理学中最广为人知的原理之一。如果你住在一栋不止一层的房子里，你就会感觉到空调在楼上几乎是生存所必需的，但在楼下却是一种奢侈。然而，山顶是最先下雪的地方。如果它们不是常年被冰覆盖的话。这种明显的矛盾无疑是很多人都曾有过的，但通常是在山腰感到寒冷，不方便寻求答案的时候。

然而幸运的是，现在互联网的接入甚至延伸到了许多山坡，所以让我们来回答这个问题。

为什么热空气会上升？

气体的温度是构成气体的原子或分子动能的量度。更多的能量意味着它们移动得更快。如果气体位于存储容器等刚性容器中，则会转化为额外的压力。然而，如果容器是柔性的——想象一下气球——材料上的额外压力会迫使它向外，导致气球膨胀。

在更大的空间中放置相同数量的材料时，气球会更轻，从而使其漂浮在周围气体的顶部。

如果没有气球，热空气也会做同样的事情，膨胀以填充更多空间并漂浮在下面较冷的空气上。

除非你房子的墙壁异常柔韧，否则热空气不会导致它们膨胀。相反，它会上升，直到被天花板困住，在最上层形成一个较温暖的层，而下面的空气则较冷。

为什么海拔（通常）会变冷？

人们可能会由此预料到，在户外也会发生同样的事情。 

毕竟，阳光会加热地面，使附近的空气变暖并上升。你可以在无风的晴天看到这种效果，猛禽或滑翔机飞行员可以在上升空气的推动下，消耗很少的能量盘旋几个小时。

然而，如果将此视为一个人无需穿厚衣服就可以翱翔或攀登高空的标志，这确实是一个坏主意。

原因是室外没有任何东西可以限制空气。热空气不仅会像在无限柔韧的气球中一样膨胀，而且随着距离地球表面越来越远，气压总体会下降。重力使大部分大气层靠近地面，因此升向太空越远，分子就越稀疏，压力就越低。 

随着热空气上升，它遇到的压力越来越小，并相应地膨胀。这种扩张使它冷却下来。有几种方法可以解释为什么会发生这种情况。 

其中之一是，当气体膨胀时，它确实会起作用——这是观察发动机工作的关键。做功需要能量，而做功就意味着失去一些能量。正如我们之前讨论的，由于温度是动能的量度，因此损失能量会使气体冷却。另一种观点是，随着粒子变得更加分散，那些相互吸引的粒子就会获得势能，就像一个物体从地面升起更高一样。由于能量不会被创造或破坏，因此这种势能必须来自某个地方，在这种情况下，这就是粒子动能（即温度）的下降。

但并不总是和永远......

当一个人在大气层中上升时，温度不会无休止地下降。如果确实如此——至少以它最初下降的速度——我们在到达太空之前很久就会下降到绝对零。相反，一旦到达对流层和对流层顶之间的边界（通常在 12 公里（7 英里）高处），温度就会稳定下来，然后再次开始上升。由于他们在 – 60° C (-76° F) 左右的温度下进行此操作，因此最好用仪器观察到，而不是感觉到。再往上，温度再次反转，两次。这些方向变化的原因太复杂，无法在此一一阐述，但与气体混合物的变化以及它们吸收的辐射波长等因素有关。 

有时我们会遇到所谓的“逆温”现象，即随着温度升高，温度会暂时升高。高海拔的空气会下沉，就像一个盖子——有点像天花板，因此温暖的空气被困在它下面，当你走得更高时，温度就会升高。 

这种倒置可能是危险的。最明显的是，它们可以让登山者对温度产生一种错误的安全感，如果“盖子”被移除，温度就会突然下降。一个更常见的死亡原因是它们将污染困在下面，有时这种情况会持续数天。

哦，还有那些地平论者……

有更好的证据证明地球是圆的。然而，海拔高度空气冷却是间接的其中之一。当你在白天上升到大气层时，你就会离太阳越来越近。伊卡洛斯的故事表明古希腊人认为这意味着天气会变热。然而，这种情况并没有发生，因为距太阳的距离是如此之远，靠近几百米甚至几公里并没有什么明显的区别。

然而，如果您不幸像我们一样不幸收到地平论者的垃圾邮件，他们的许多信息会告诉您，根据天文学家的测量，太阳并不在 1.5 亿公里之外。相反，他们声称它实际上非常接近（而且很小），这是解决他们世界观中一些更明显问题所必需的评估。但如果太阳真的那么近，那么更高的海拔将意味着按比例变得更近，并且应该导致更高的温度。可悲的是，如果所有更好的证据都不能说服他们，那么这也不太可能。