اگه یک سوم خودروهای دور و برمون کم شه، هوا چقد خنک‌تر میشه؟

محاسبه اولیه

فرض کنیم تهران یک شهر ۲۰ کیلومتر در ۲۰ کیلومتری باشد. این تخمین با نگاهی به نقشه قابل قبول است. حالا فقط هوایی که در صد متر اول سطح زمین قرار دارد را در نظر بگیرید. این حجم معادل است با 4 \times 10^{10} m^3 یا 5 \times 10^{10} Kg هوا. در این محاسبه اولیه وزش باد را نادیده می‌گیریم. انتقال انرژی به لایه‌های بالاتر را هم نادیده می‌گیریم. هر چند این فرض‌ها خیلی غیر واقعی است اما احساسی از مرتبه بزرگی اعداد به ما می‌دهد.

یک خودروی استاندارد ۳۵ مگاژول در هر لیتر انرژی مصرف می‌کند که در شرایط ترافیک تهران بیشترش به صورت گرما اتلاف می‌شود. آمارها می‌گویند، در تهران حدود ۳ میلیون خودرو تردد می‌کند. ما فرض می‌کنیم یک میلیون خودرو در تهران تردد می‌کند. فرض کنید هر خودرو در هر ساعت یک لیتر بنزین مصرف کند. بنابراین در هر ساعت ۳.۵ \times 10^{1۳} J انرژی وارد این حجم از هوا می‌شود (پاراگراف اول را ببینید).

ظرفیت گرمایی هوا در حجم ثابت 700 \, J/Kg است. بنابراین انرژی خارج شده از ماشین‌ها در طول یک ساعت، می‌تواند در حدود یک درجه دمای ۲۰ کیلومتر در ۲۰ کیلومتر در ۱۰۰ متر از هوا را افزایش دهد.

محاسبه دقیق‌تر

برای محاسبه دقیق این مسئله می‌توانیم معادله انتقال حرارت را با دانستن دمای هوای سطح زمین و دمای هوا در ارتفاع مثلا یک کیلومتری از سطح زمین حل کنیم. در این شرایط البته بازهم چندین فرض برای ساده‌سازی ضروری است. یکی این که دما همه جا روی سطح یکسان باشد و تنها اختلاف دما را در ارتفاع در نظر بگیریم. دیگر این که وزش باد را در نظر نگیریم چرا که در این صورت دانستن سرعت باد و دمای مناطق اطراف تهران هم ضروری است.

7 پسندیده