Az alábbi a három esszétéma egyike, melyek közül válasszon ki egyet és fejtse ki másfél-két oldal terjedelemben, összefüggő ismertetés formájában! Ügyeljen a szabatos, világos fogalmazásra, a logikus gondolatmenetre, a helyesírásra, mivel az értékelésbe ez is beleszámít! Mondanivalóját nem kell feltétlenül a megadott szempontok sorrendjében kifejtenie.
3. Forráselemzés - Fizika az időjárásban
Az időjárás folyamatainak működéséhez az energiát a Nap szolgáltatja a felszínnel, illetve a légkörrel való kölcsönhatásban. A Napból kiinduló infravörös sugárzás melegíti a felszínt, amely felmelegíti a fölötte található levegőt. A melegebb levegő felfelé áramlik, ennek helyébe hűvösebb légtömegek érkeznek, így alakul ki a szél. A hő- és nyomáskülönbség szélviharokat, ciklonokat, hurrikánokat hoz létre.
Ezek kialakulásában lényeges szerepet játszik a Föld mintegy kétharmadát beborító víztömeg, amely szintén kölcsönhatásban van a fölötte áramló levegővel. A víz és a szárazföld felett másképpen melegszik fel a levegő (a nagy víztömeg fölött kevésbé melegszik fel), illetve a szárazföld különböző területei sem egyforma mértékben melegszenek (a sziklás, homokos részek erőteljesebben melegszenek, mint a füves, fás területek). A különféle időjárási folyamatokban a víz kulcsszerepet játszik, és mindhárom megjelenési formájában részt vesz benne (folyékony, szilárd, légnemű). Számítások szerint évente 519 ezer köbkilométer víz kerül a levegőbe. Télen a légkör 14 ezer köbkilométer vizet tartalmaz. Ez azt jelenti, hogy évente negyvenszer teljesen kicserélődik a levegő nedvességtartalma (vagyis nagyjából 910 naponként). Tehát a légkör páratartalmának körforgása nagyon intenzív.
Lényeges tényező, hogy a Föld forog a saját tengelye körül, így egyik felét melegíti a Nap, a másik felét pedig nem. A forgás lényeges következménye a Coriolis‑hatás, ami röviden azt jelenti, hogy az északi féltekén az áramló légtömegek (és ha nem ütköznek akadályba, a víztömegek is) jobbra térnek el, míg a déli féltekén balra. Ez az erő határozza meg például a ciklonok forgási irányát, illetve a passzátszeleket, amelyek az északi féltekén északkeleti, a déli féltekén délkeleti irányból fújnak.
A meleg, a száraz, a hideg és a nedves levegő különböző módon viselkedik. A nedves levegő ritkább, mint a száraz, ezáltal mindig ez utóbbi fölé emelkedik. A kisebb sűrűség magyarázata, hogy a vízmolekula egyik alkotó vegyi eleme, a hidrogén a létező legkisebb és legkönnyebb atom, így egy vízmolekula könnyebb, mint a körülötte lévő, oxigénből és nitrogénből álló levegő. A meleg levegő kevésbé sűrű, mint a hideg, mivel a benne lévő molekulák nagyobb energiával rendelkeznek, ezért nagyobb térrészben mozognak. Vagyis a meleg levegő adott térrészben kevesebb molekulát tartalmaz, mint a hideg. Így a meleg levegő is felfelé mozog, akárcsak a nedves. A magasban a levegő lehűl, a benne lévő vízpára kicsapódik és felhők formájában láthatóvá válik. A kicsapódott vízpára lassan összeáll, csomókat alkot, majd valamilyen csapadék formájában hullani kezd a felszín irányába. (Bár minden felhő nedvességet tartalmaz, nem minden felhőből lesz esőfelhő.)
a) Miért létfontosságú a Nap sugárzása az időjárási folyamatok szempontjából?
b) Mi a szelet létrehozó légkörbeli nyomáskülönbség létrejöttének oka?
c) Milyen hatása van a Föld forgásának a szélrendszerek kialakulására?
d) Mit értünk telített gőz állapot alatt?
e) Milyen fizikai háttere van annak, hogy ha a nedves levegő lehűl, akkor kicsapódik belőle a pára?
f) Milyen fénytani oka van annak, hogy ha kicsapódik a levegőben a pára, akkor az láthatóvá válik?
Válaszait indokolja!
a) Miért létfontosságú a Nap sugárzása az időjárási folyamatok szempontjából?
A Nap adja az időjárási folyamatokhoz szükséges energiát, elsősorban az infravörös (hőmérsékleti) sugárzáson keresztül (hő formájában).
(A Napból származik az energia, hő formájában.)
2 pont
b) Mi a szelet létrehozó légkörbeli nyomáskülönbség létrejöttének oka?
A Nap sugárzása eltérő mértékben nyelődik el a különböző felszíni felületekben (víz, talaj, növényzet), s emiatt eltérő mértékben melegszik fel a felszín és a felette levő levegő.
A melegebb légrétegek sűrűsége kisebb, így felszállnak, emiatt lecsökken a nyomás, és a helyükre áramlik máshonnét a levegő, ez a szél.
4 pont
c) Milyen hatása van a Föld forgásának a szélrendszerek kialakulására?
A forgás miatt mindig csak az egyik oldal melegszik, ráadásul a forgó Földön áramló levegő és víz áramlatokat eltéríti, ez a Coriolis‑hatás.
(egyik oldali melegedés, forgás miatt eltérülés, jelenség megnevezése)
1 + 1 + 1 pont
d) Mit értünk telített gőz állapot alatt?
Amikor a folyadék dinamikus egyensúlyban van a gőzével, az időegység alatt gőztérbe kilépő molekulák száma azonos a gőztérből a folyadékba visszaeső molekulák számával ($100\%$ páratartalom).
(dinamikus egyensúly, értelmezése, $100\%$‑os páratartalom)
4 pont
e) Milyen fizikai háttere van annak, hogy ha a nedves levegő lehűl, akkor kicsapódik belőle a pára?
Mivel a levegő relatív páratartalma hőmérsékletfüggő, és a hidegebb levegőnek magasabb a relatív páratartalma, emiatt ha hűl a levegő, előbb‑utóbb eléri a telített gőz állapotot ($100\%$ páratartalom).
Ha ennél is tovább hűl, kicsapódik belőle a pára, csapadék képződik.
2 pont
f) Milyen fénytani oka van annak, hogy ha kicsapódik a levegőben a pára, akkor az láthatóvá válik?
A levegőbe kicsapódott apró vízcseppeknek más a törésmutatója, mint a környezetüknek, emiatt visszaverődik róluk a fény, s ezért más színűnek látjuk őket, mint a környezetüket.
3 pont
Kifejtés módja:
3 + 2 = 5 pont
Összesen:
18 + 5 = 23 pont