Termodinâmica Atmosférica
A aplicação das leis da termodinâmica ao ar, governando a temperatura, pressão, umidade e a energia dos movimentos verticais.
Definition
A termodinâmica atmosférica é o ramo da física atmosférica que aplica as leis da termodinâmica ao ar e ao vapor de água para descrever seu estado, energia e transformações de fase.
Scope
Esta área abrange o comportamento termodinâmico do ar seco e úmido: as leis dos gases e o equilíbrio hidrostático, a primeira lei aplicada a parcelas ascendentes e descendentes, processos adiabáticos e taxas de decréscimo, a termodinâmica das mudanças de fase da água, a estabilidade estática e a energética da convecção, e os diagramas termodinâmicos gráficos usados para analisar sondagens atmosféricas.
Sub-topics
Core questions
- Como uma parcela de ar ascendente esfria, e como a umidade altera essa taxa?
- O que determina se a atmosfera resiste ou favorece o movimento vertical?
- Como a energia disponível para a convecção é diagnosticada a partir de um perfil de temperatura e umidade?
Key theories
- Primeira lei aplicada a parcelas de ar
- Tratar uma parcela de ar como um sistema termodinâmico relaciona suas mudanças de temperatura ao trabalho realizado durante a expansão e ao calor latente liberado pela condensação, resultando nas taxas de decréscimo adiabáticas secas e úmidas.
- Teoria da parcela de estabilidade
- Comparar a temperatura de uma parcela deslocada com seu ambiente determina a flutuabilidade e, consequentemente, a estabilidade estática, a base para o diagnóstico da convecção.
Mechanisms
O ar obedece de perto à lei dos gases ideais, e sua estrutura de pressão vertical segue o equilíbrio hidrostático. À medida que uma parcela sobe, ela se expande e esfria à taxa adiabática seca de cerca de 9,8 graus Celsius por quilômetro até a saturação, após o que a liberação de calor latente reduz o resfriamento para a taxa adiabática úmida. A diferença entre a temperatura de uma parcela e a de seu entorno determina sua flutuabilidade, controlando se os deslocamentos verticais são amortecidos ou amplificados.
Clinical relevance
O raciocínio termodinâmico sustenta a previsão de tempestades e convecção severa, a construção da física de modelos e a interpretação de sondagens de radiossonda.
History
A termodinâmica atmosférica amadureceu no final do século XIX e início do século XX, quando Hertz, von Bezold e Normand aplicaram a termodinâmica clássica ao ar úmido, produzindo o gráfico adiabático e o conceito de temperatura potencial equivalente, ainda centrais para a análise convectiva.
Key figures
- Craig Bohren
- Julio Iribarne
Related topics
Seminal works
- bohren1998
- iribarne1981
Frequently asked questions
- Por que o ar ascendente esfria mesmo sem perder calor para o ambiente?
- Uma parcela ascendente se expande contra uma pressão ambiente mais baixa, realizando trabalho e convertendo energia interna em trabalho, de modo que sua temperatura cai adiabaticamente mesmo sem troca de calor.