Termodinámica Atmosférica
La aplicación de las leyes termodinámicas al aire, que rigen la temperatura, la presión, la humedad y la energía de los movimientos verticales.
Definition
La termodinámica atmosférica es la rama de la física atmosférica que aplica las leyes de la termodinámica al aire y al vapor de agua para describir su estado, energía y transformaciones de fase.
Scope
Esta área abarca el comportamiento termodinámico del aire seco y húmedo: las leyes de los gases y el equilibrio hidrostático, la primera ley aplicada a las parcelas ascendentes y descendentes, los procesos adiabáticos y los gradientes térmicos, la termodinámica de los cambios de fase del agua, la estabilidad estática y la energética de la convección, y los diagramas termodinámicos gráficos utilizados para analizar los sondeos atmosféricos.
Sub-topics
Core questions
- ¿Cómo se enfría una parcela de aire ascendente y cómo la humedad modifica esta tasa?
- ¿Qué determina si la atmósfera resiste o favorece el movimiento vertical?
- ¿Cómo se diagnostica la energía disponible para la convección a partir de un perfil de temperatura y humedad?
Key theories
- Primera ley aplicada a las parcelas de aire
- Tratar una parcela de aire como un sistema termodinámico relaciona sus cambios de temperatura con el trabajo realizado durante la expansión y con el calor latente liberado por la condensación, lo que da lugar a los gradientes adiabáticos secos y húmedos.
- Teoría de la estabilidad de las parcelas
- La comparación de la temperatura de una parcela desplazada con su entorno determina la flotabilidad y, por lo tanto, la estabilidad estática, la base para diagnosticar la convección.
Mechanisms
El aire obedece de cerca la ley de los gases ideales, y su estructura de presión vertical sigue el equilibrio hidrostático. A medida que una parcela asciende, se expande y enfría a una tasa adiabática seca de aproximadamente 9.8 grados Celsius por kilómetro hasta la saturación, después de lo cual la liberación de calor latente reduce el enfriamiento a la tasa adiabática húmeda. La diferencia entre la temperatura de una parcela y la de su entorno establece su flotabilidad, controlando si los desplazamientos verticales son amortiguados o amplificados.
Clinical relevance
El razonamiento termodinámico sustenta la previsión de tormentas y convección severa, la construcción de la física de modelos y la interpretación de los sondeos de radiosonda.
History
La termodinámica atmosférica maduró a finales del siglo XIX y principios del XX, cuando Hertz, von Bezold y Normand aplicaron la termodinámica clásica al aire húmedo, produciendo el diagrama adiabático y el concepto de temperatura potencial equivalente, que siguen siendo fundamentales para el análisis convectivo.
Key figures
- Craig Bohren
- Julio Iribarne
Related topics
Seminal works
- bohren1998
- iribarne1981
Frequently asked questions
- ¿Por qué el aire ascendente se enfría incluso sin perder calor a su entorno?
- Una parcela ascendente se expande contra una presión circundante más baja, realizando trabajo y convirtiendo la energía interna en trabajo, por lo que su temperatura disminuye adiabáticamente incluso sin intercambio de calor.