ترمودینامیک اتمسفر
کاربرد قوانین ترمودینامیک در هوا، که دما، فشار، رطوبت و انرژی حرکات عمودی را کنترل میکند.
Definition
ترمودینامیک اتمسفر شاخهای از فیزیک اتمسفر است که قوانین ترمودینامیک را برای هوا و بخار آب به کار میبرد تا حالت، انرژی و تبدیل فاز آنها را توصیف کند.
Scope
این حوزه شامل رفتار ترمودینامیکی هوای خشک و مرطوب است: قوانین گازها و تعادل هیدرواستاتیک، قانون اول اعمال شده بر بستههای هوای صعودی و نزولی، فرآیندهای آدیاباتیک و نرخهای کاهش دما، ترمودینامیک تغییرات فاز آب، پایداری استاتیکی و انرژیهای همرفت، و نمودارهای ترمودینامیکی گرافیکی که برای تحلیل سونداژهای اتمسفری استفاده میشوند.
Sub-topics
Core questions
- چگونه یک بسته هوای در حال صعود سرد میشود و رطوبت چگونه این نرخ را تغییر میدهد؟
- چه چیزی تعیین میکند که آیا اتمسفر در برابر حرکت عمودی مقاومت میکند یا از آن حمایت میکند؟
- چگونه انرژی موجود برای همرفت از یک پروفایل دما و رطوبت تشخیص داده میشود؟
Key theories
- قانون اول اعمال شده بر بستههای هوا
- با در نظر گرفتن یک بسته هوا به عنوان یک سیستم ترمودینامیکی، تغییرات دمای آن به کار انجام شده در طول انبساط و گرمای نهان آزاد شده توسط چگالش مرتبط میشود که منجر به نرخهای کاهش دمای آدیاباتیک خشک و مرطوب میگردد.
- نظریه بسته هوا در مورد پایداری
- مقایسه دمای یک بسته هوای جابجا شده با محیط اطراف آن، شناوری و در نتیجه پایداری استاتیکی را تعیین میکند که اساس تشخیص همرفت است.
Mechanisms
هوا تقریباً از قانون گاز ایدهآل پیروی میکند و ساختار فشار عمودی آن از تعادل هیدرواستاتیک تبعیت میکند. با بالا رفتن یک بسته هوا، منبسط شده و با نرخ آدیاباتیک خشک تقریباً 9.8 درجه سلسیوس بر کیلومتر سرد میشود تا به اشباع برسد، پس از آن آزادسازی گرمای نهان، سرمایش را به نرخ آدیاباتیک مرطوب کاهش میدهد. تفاوت بین دمای یک بسته هوا و دمای محیط اطراف آن، شناوری آن را تعیین میکند و کنترل میکند که آیا جابجاییهای عمودی میرا میشوند یا تقویت میشوند.
Clinical relevance
استدلال ترمودینامیکی زیربنای پیشبینی طوفانهای تندری و همرفت شدید، ساخت فیزیک مدلها، و تفسیر سونداژهای رادیوسوند است.
History
ترمودینامیک اتمسفر در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم به بلوغ رسید، زمانی که هرتز، فون بزولد و نورماند ترمودینامیک کلاسیک را در هوای مرطوب به کار بردند و نمودار آدیاباتیک و مفهوم دمای پتانسیل معادل را تولید کردند که هنوز هم در تحلیل همرفت مرکزی است.
Key figures
- Craig Bohren
- Julio Iribarne
Related topics
Seminal works
- bohren1998
- iribarne1981
Frequently asked questions
- چرا هوای در حال صعود حتی بدون از دست دادن گرما به محیط اطراف خود سرد میشود؟
- یک بسته هوای در حال صعود در برابر فشار کمتر محیط اطراف منبسط میشود، کار انجام میدهد و انرژی داخلی را به کار تبدیل میکند، بنابراین دمای آن به صورت آدیاباتیک حتی بدون تبادل گرما کاهش مییابد.