เมฆหมอกและหยาดน้ำฟ้า

เมฆ (Cloud) คือ กลุ่มของละอองน้ำขนาดเล็กซึ่งเกิดจากการควบแน่นของหยดน้ำในอากาศ แต่เมฆชั้นสูงซึ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็งจะเป็นกลุ่มของผลึกน้ำแข็งขนาดเล็ก โดยปกติน้ำบริสุทธิ์และไอน้ำโปร่งแสงจนไม่สามารถมองเห็นได้ แต่หยดน้ำและผลึกน้ำแข็งมีพื้นผิว (Surface) ซึ่งสะท้อนแสงทำให้เราสามารถมองเห็นเป็นก้อนสีขาว และในบางครั้งมุมตกกระทบของแสงและเงาจากเมฆชั้นบนหรือเมฆที่อยู่ข้างเคียง นอกจากนั้นความหนาแน่นของหยดน้ำในก้อนเมฆก็อาจทำให้มองเห็นเมฆเป็นสีเทา

ในธรรมชาติ เมฆเกิดขึ้นโดยมีรูปร่าง 2 ลักษณะคือ เมฆก้อนและเมฆแผ่น เมฆก้อนเรียกว่า “เมฆคิวมูลัส” (Cumulus) และเมฆแผ่นเรียกว่า “เมฆสตราตัส” (Stratus) หากเมฆก้อนลอยชิดติดกัน เรานำชื่อทั้งสองมาต่อกันเรียกว่า “เมฆสตราโตคิวมูลัส” (Stratocumulus) ในกรณีที่เป็นเมฆฝนจะเพิ่มคำว่า “นิมโบ” หรือ “นิมบัส” ซึ่งแปลว่า “ฝน” เข้าไป โดยเรียกเมฆก้อนที่ทำให้เกิดพายุฝนฟ้าคะนองว่า “เมฆคิวมูโลนิมบัส” (Cumulonimbus) และเรียกเมฆแผ่นที่มีฝนตกปรอยๆ อย่างสงบว่า “เมฆนิมโบสตราตัส” (Nimbostratus)

นักอุตุนิยมวิทยาแบ่งเมฆออกเป็น 3 ระดับ คือ เมฆชั้นต่ำ เมฆชั้นกลาง และเมฆชั้นสูง ดังที่แสดงในภาพที่ 1(ดาวโหลดแผนภาพเมฆได้ที่ไฟล์แนบด้านล่าง)

เมฆชั้นต่ำ อยู่สูงจากพื้นดินไม่เกิน 2 กิโลเมตร มี 5 ชนิด ได้แก่ เมฆสตราตัส เมฆคิวมูลัส เมฆสตราโตคิวมูลัส เมฆนิมโบสตราตัส และเมฆคิวมูโลนิมบัส ตามที่ได้กล่าวมาแล้ว
หมายเหตุ: นักอุตุนิยมวิทยาถือว่า เมฆคิวมูลัสและเมฆคิวมูโลนิมบัส เป็นเมฆก่อตัวในแนวดิ่ง ซึ่งมีฐานเมฆอยู่ในระดับเมฆชั้นต่ำ แต่ยอดเมฆอาจอยู่ในระดับของเมฆขั้นกลางและชั้นสูง

เมฆชั้นกลาง เกิดขึ้นที่ระดับสูง 2 – 6 กิโลเมตร ในการเรียกชื่อจะเติมคำว่า “อัลโต” ซึ่งแปลว่า “ชั้นกลาง” ไว้ข้างหน้า เช่น เมฆแผ่นชั้นกลางเรียกว่า “เมฆอัลโตสตราตัส” (Altostratus) เมฆก้อนชั้นกลางคือ “เมฆอัลโตคิวมูลัส” (Altocumulus)
ข้อสังเกตุ: เมฆชั้นกลางมีความหนาแน่นพอที่จะบดบังดวงอาทิตย์ ทำให้เกิดเงา บางครั้งมองเห็นเป็นสีเทา

เมฆชั้นสูง เกิดขึ้นที่ระดับความสูงมากกว่า 6 กิโลเมตร ในการเรียกชื่อจะเติมคำว่า “เซอโร” ซึ่งแปลว่า “ชั้นสูง” ไว้ข้างหน้า เช่น เมฆแผ่นชั้นสูงเรียกว่า “เมฆเซอโรสตราตัส” (Cirrostratus) เมฆก้อนชั้นสูงเรียกว่า “เมฆเซอโรคิวมูลัส” (Cirrocumulus) นอกจากนั้นยังมีเมฆชั้นสูงที่มีรูปร่างเหมือนขนนก เรียกว่า “เมฆเซอรัส” (Cirrus)
ข้อสังเกตุ: เนื่องจากอากาศข้างบนบางมาก เมฆชั้นสูงไม่มีความหนาแน่นมากพอที่จะบดบังดวงอาทิตย์ จึงมองเห็นเป็นสีขาวเท่านั้น

อุณหภูมิและความร้อน

อุณหภูมิ (Temperature) คือค่าตัวเลขที่มีความสัมพันธ์กับระดับพลังงานจลน์ภายในอะตอมในระบบองศาสัมบูรณ์ (Absolute Temperature) ระดับพลังงานที่อุณหภูมิิ 0 เคลวิน (-273°C) อะตอมไม่มีพลังงานอยู่เลย ดังนั้นอนุภาคทุกอย่างภายในอะตอมหยุดนิ่ง แม้กระทั่งอิเล็กตรอนก็ไม่โคจรรอบนิวเคลียส แต่เมื่ออะตอมได้รับพลังงานจนมีระดับอุณหภูมิสูงขึ้น อิเล็กตรอนก็จะเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสและยกระดับชั้นวงโคจรสูงขึ้น ถ้าหากอะตอมได้รับพลังงานจนมีระดับอุณหภูมิสูงขึ้นไปอีก อิเล็กตรอนอาจจะยกตัวหลุดจากวงโคจรกลายเป็นประจุ (Ion) อย่างไรก็ตามพื้นผิวโลกและชั้นบรรยากาศที่เราอยู่อาศัยมีอุณหภูมิประมาณ 139- 331 เคลวิน (-89°C ถึง 58 °C) ที่ระดับพลังงานขนาดนี้ อะตอมจะไม่อยู่อย่างโดดเดี่ยวแต่จะเกาะตัวกันเป็นโมเลกุล การเคลื่อนที่ของโมเลกุลทำให้เกิดรูปแบบของพลังงานจลน์ซึ่งเรียกว่า “ความร้อน” (Heat)

พลังงานความร้อน (Heat energy) เป็นการวัดพลังงานทั้งหมดที่เกิดขึ้นจากการเคลื่อนที่ของโมเลกุลทั้งหมดของสสาร แตกต่างจากอุณหภูมิซึ่งเป็นการวัดค่าเฉลี่ยของพลังงานจลน์ซึ่งเกิดขึ้นจากโมเลกุลแต่ละตัว ดังนั้นเมื่อเราใส่พลังงานความร้อนให้กับสสาร โมเลกุลของมันจะสั่นสะเทือนหรือเคลื่อนที่เร็วขึ้นทำให้อุณหภูมิสูงขึ้น แต่เมื่อเราลดพลังงานความร้อน โมเลกุลของสสารจะสั่นสะเทือนหรือเคลื่อนที่ช้าลงทำให้อุณหภูมิลดต่ำลง หากเราต้มน้ำใส่ถ้วย 1 ถ้วย และหม้อ 1 ใบ ในเตาอบเดียวกัน แล้วทำให้อุณหภูมิสูงขึ้น น้ำในภาชนะทั้งสองต่างมีอุณหภูมิเท่ากัน แต่น้ำในถ้วยมีพลังงานความร้อนน้อยกว่าน้ำในหม้อ เนื่องจากปริมาณความร้อนขึ้นอยู่กับมวลทั้งหมดของสสาร แต่อุณหภูมิเป็นเพียงค่าเฉลี่ยของพลังงานในแต่ละโมเลกุล

ในปัจจุบันสเกลอุณหภูมิที่นิยมใช้มี 3 ระบบ ดังนี้

องศาฟาเรนไฮต์
ปี ค.ศ.1714 กาเบรียล ฟาเรนไฮต์ (Gabrial Fahrenheit) นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันได้ประดิษฐ์เทอร์มอมิเตอร์ซึ่งบรรจุปรอทไว้ในหลอดแก้ว เขาพยายามทำให้ปรอทลดต่ำสุด (0°F) โดยใช้น้ำแข็งและเกลือผสมน้ำ เขาพิจารณาจุดหลอมละลายของน้ำแข็งเท่ากับ 32°F และจุดเดือดของน้ำเท่ากับ 212°F ปัจจุบันสเกลฟาเรนไฮต์เป็นที่นิยมแต่ในประเทศสหรัฐอเมริกา

องศาเซลเซียส
ปี ค.ศ.1742 แอนเดอส์ เซลเซียส (Anders Celsius) นักดาราศาสตร์ชาวสวีเดน ได้ออกแบบสเกลเทอร์มอมิเตอร์ให้อ่านได้ง่ายขึ้น โดยมีจุดหลอมละลายของน้ำแข็งเท่ากับ 0°C และจุดเดือดของน้ำเท่ากับ100°C สเกลเซลเซียสจึงได้รับความนิยมใช้กันทั่วโลก อย่างไรก็ตามทั้งสเกลฟาเรนไฮต์และเซลเซียสอ้างอิงอยู่กับจุดเยือกแข็งและจุดเดือดของน้ำ ซึ่งเป็นสิ่งที่ใช้ทั่วไปในชีวิตประจำวัน

องศาสัมบูรณ์
ในคริสศตวรรษที่ 19 ลอร์ด เคลวิน (Lord Kelvin) นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ผู้ค้นพบความสัมพันธ์ระหว่างความร้อนและอุณหภูมิว่า ณ อุณหภูมิ -273°C อะตอมไม่มีพลังงาน และไม่มีอุณหภูมิใดต่ำไปกว่านี้ เขาจึงกำหนดให้ 0 K = -273°C (ไม่ต้องใช้เครื่องหมาย ° กำกับหน้าอักษร K) เนื่องจากนักวิทยาศาสตร์ศึกษาความสัมพันธ์และการถ่ายเทพลังงานของสสาร ดังนั้นในวงการวิทยาศาสตร์จึงนิยมใช้สเกลองศาสัมบูรณ์ มากกว่าองศาฟาเรนไฮต์และองศาเซลเซียส

ความสัมพันธ์ของสเกลอุณหภูมิ

ระยะสเกลฟาเรนไฮต์ = 212 °F – 32 °F = 180 °F

ระยะสเกลเซลเซียส = 100 °C – 0 °C = 100 °C

สเกลทั้งสองแตกต่างกัน = 180/100 = 1.8

ดังนั้นความสัมพันธ์ของทั้งสองสเกลคือ

°F = (1.8 X °C) + 32

°C = (°F -32) / 1.8

ตัวอย่างที่ 1: อุณหภูมิของร่างกายมนุษย์ 98.6°F คิดเป็นองศาเซลเซียสและองศาสัมบูรณ์ได้เท่าไร

องศาเซลเซียส = (°F -32) / 1.8

= (98.6 -32) / 1.8

= 37°C

องศาสัมบูรณ์ = 37+ 273 K