वायुमंडलीय ऊष्मागतिकी
वायु के एक बुलबुले को ऊष्मागतिक प्रणाली के रूप में मानने से यह स्पष्ट होता है कि पहाड़ ठंडे क्यों होते हैं, एक पर्वत श्रृंखला से नीचे उतरने वाली हवा गर्म क्यों होती है, और गुप्त ऊष्मा का निकलना एक ऊपर उठने वाले वायुखंड को एक विशाल तूफान में कैसे बदल सकता है।
Definition
वायुमंडलीय ऊष्मागतिकी वायुखंडों के ऊर्जा परिवर्तनों का अध्ययन है, विशेष रूप से रुद्धोष्म विस्तार और संपीड़न जो उनके तापमान को नियंत्रित करते हैं और पानी के चरण में परिवर्तन के साथ होने वाले गुप्त-ऊष्मा विनिमय।
Scope
यह विषय वायुमंडलीय वायुखंडों पर ऊष्मागतिकी के पहले नियम के अनुप्रयोग, शुष्क और आर्द्र रुद्धोष्म ह्रास दरें, विभव और समतुल्य विभव तापमान जैसे संरक्षित चर, और ध्वनिमापन का विश्लेषण करने के लिए उपयोग किए जाने वाले ऊष्मागतिक आरेखों को शामिल करता है।
Core questions
- ऊष्मागतिकी का पहला नियम ऊपर उठने वाले या नीचे उतरने वाले वायुखंड का वर्णन कैसे करता है?
- शुष्क और आर्द्र रुद्धोष्म ह्रास दरें क्या हैं और वे भिन्न क्यों होती हैं?
- विभव और समतुल्य विभव तापमान उपयोगी संरक्षित राशियाँ क्यों हैं?
- ऊष्मागतिक आरेख वायुमंडल की स्थिति और प्रक्रियाओं का प्रतिनिधित्व कैसे करते हैं?
Key theories
- रुद्धोष्म ह्रास दरें
- एक असंतृप्त वायुखंड ऊपर चढ़ने पर स्थिर शुष्क रुद्धोष्म दर से ठंडा होता है, जबकि एक संतृप्त वायुखंड आर्द्र रुद्धोष्म दर से अधिक धीरे-धीरे ठंडा होता है क्योंकि संघनन से वायुखंड में गुप्त ऊष्मा निकलती है।
- संरक्षित ऊष्मागतिक चर
- विभव तापमान शुष्क रुद्धोष्म गति में संरक्षित रहता है और समतुल्य विभव तापमान आर्द्र रुद्धोष्म गति में संरक्षित रहता है, इसलिए ये राशियाँ वायुखंडों को चिह्नित करती हैं और उनकी उत्पत्ति तथा स्थिरता को प्रकट करती हैं।
Mechanisms
चूंकि वायु एक खराब संवाहक है और वायुखंड तेजी से चलते हैं, इसलिए ऊर्ध्वाधर गति को रुद्धोष्म के रूप में अच्छी तरह से अनुमानित किया जाता है: एक ऊपर उठने वाला वायुखंड फैलता है और ठंडा होता है, एक नीचे उतरने वाला संपीड़ित होता है और गर्म होता है। पहला नियम शीतलन की दर, शुष्क रुद्धोष्म ह्रास दर, को संतृप्ति तक निर्धारित करता है, जिसके बाद संघनन से निकलने वाली गुप्त ऊष्मा इसे आर्द्र रुद्धोष्म दर तक कम कर देती है। विभव तापमान, जो दबाव के प्रभाव को हटाता है, शुष्क गति में संरक्षित रहता है, और आर्द्र गति में समतुल्य विभव तापमान, ट्रेसर प्रदान करता है जिन्हें टेफिग्राम (tephigram) या स्क्यू-टी (skew-T) जैसे ऊष्मागतिक आरेखों से सीधे पढ़ा जाता है।
Clinical relevance
वायुमंडलीय ऊष्मागतिकी स्थिरता का आकलन करने और संवहन का पूर्वानुमान लगाने के लिए ध्वनिमापन की व्याख्या, पहाड़ों के ढलान पर फोएन (foehn) और चिनूक (chinook) के गर्म होने की भविष्यवाणी, और बादल के आधार और संवहन ऊर्जा की गणना का आधार है जिसका उपयोग दैनिक परिचालन पूर्वानुमान में किया जाता है।
History
वायुमंडल पर शास्त्रीय ऊष्मागतिकी का अनुप्रयोग उन्नीसवीं सदी के अंत और बीसवीं सदी की शुरुआत में विकसित हुआ, जिसमें हेल्महोल्त्ज़ (Helmholtz) और अन्य के कार्यों का उपयोग किया गया, और इसमें विभव तापमान की शुरुआत और नेपियर शॉ (Napier Shaw) द्वारा टेफिग्राम जैसे ऊष्मागतिक आरेखों का डिज़ाइन और बाद में स्क्यू-टी लॉग-पी (skew-T log-p) आरेख शामिल था, जो वायुमंडल की ऊर्ध्वाधर संरचना का विश्लेषण करने के लिए मानक उपकरण बने हुए हैं।
Key figures
- William Napier Shaw
- Hermann von Helmholtz
- Vilhelm Bjerknes
Related topics
Seminal works
- bohren1998
- iribarne1981
Frequently asked questions
- जब हवा शुष्क होती है तो वह बादलों के बनने की तुलना में तेजी से ठंडी क्यों होती है?
- शुष्क हवा ऊपर उठने पर शुष्क रुद्धोष्म ह्रास दर से ठंडी होती है, लेकिन एक बार जब एक वायुखंड संतृप्त हो जाता है और बादल बनते हैं, तो संघनन से गुप्त ऊष्मा निकलती है जो शीतलन को आंशिक रूप से प्रतिसंतुलित करती है, इसलिए वायुखंड आर्द्र रुद्धोष्म दर से अधिक धीरे-धीरे ठंडा होता है।
- विभव तापमान क्या है?
- विभव तापमान वह तापमान है जो एक वायुखंड का होगा यदि उसे रुद्धोष्म रूप से एक मानक दबाव पर लाया जाए; क्योंकि यह शुष्क ऊर्ध्वाधर गति के दौरान स्थिर रहता है, यह एक सुविधाजनक लेबल है जो वायुखंडों की पहचान करता है और उन्हें ट्रैक करता है।