อุณหพลศาสตร์บรรยากาศ
การประยุกต์ใช้กฎของอุณหพลศาสตร์กับอากาศ ซึ่งควบคุมอุณหภูมิ ความดัน ความชื้น และพลังงานของการเคลื่อนที่ในแนวดิ่ง
Definition
อุณหพลศาสตร์บรรยากาศเป็นสาขาหนึ่งของฟิสิกส์บรรยากาศที่ประยุกต์ใช้กฎของอุณหพลศาสตร์กับอากาศและไอน้ำเพื่ออธิบายสถานะ พลังงาน และการเปลี่ยนสถานะของพวกมัน
Scope
สาขาวิชานี้ครอบคลุมพฤติกรรมทางอุณหพลศาสตร์ของอากาศแห้งและอากาศชื้น: กฎของแก๊สและสมดุลอุทกสถิต, กฎข้อที่หนึ่งที่ประยุกต์ใช้กับมวลอากาศที่ลอยขึ้นและลง, กระบวนการอะเดียแบติกและอัตราการลดลงของอุณหภูมิ, อุณหพลศาสตร์ของการเปลี่ยนสถานะของน้ำ, เสถียรภาพสถิตและพลังงานของการพาความร้อน, และแผนภาพอุณหพลศาสตร์เชิงกราฟที่ใช้ในการวิเคราะห์การหยั่งอากาศในชั้นบรรยากาศ
Sub-topics
Core questions
- มวลอากาศที่ลอยขึ้นเย็นลงได้อย่างไร และความชื้นเปลี่ยนแปลงอัตรานี้อย่างไร?
- อะไรเป็นตัวกำหนดว่าบรรยากาศจะต้านทานหรือส่งเสริมการเคลื่อนที่ในแนวดิ่ง?
- พลังงานที่มีอยู่สำหรับการพาความร้อนถูกวินิจฉัยจากโปรไฟล์อุณหภูมิและความชื้นได้อย่างไร?
Key theories
- กฎข้อที่หนึ่งที่ประยุกต์ใช้กับมวลอากาศ
- การพิจารณามวลอากาศเป็นระบบอุณหพลศาสตร์เชื่อมโยงการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิกับการทำงานที่เกิดขึ้นระหว่างการขยายตัวและความร้อนแฝงที่ปล่อยออกมาจากการควบแน่น ทำให้เกิดอัตราการลดลงของอุณหภูมิแบบอะเดียแบติกแห้งและชื้น
- ทฤษฎีมวลอากาศของเสถียรภาพ
- การเปรียบเทียบอุณหภูมิของมวลอากาศที่ถูกเคลื่อนที่กับสิ่งแวดล้อมจะกำหนดแรงลอยตัวและเสถียรภาพสถิต ซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยการพาความร้อน
Mechanisms
อากาศเป็นไปตามกฎแก๊สอุดมคติอย่างใกล้ชิด และโครงสร้างความดันในแนวดิ่งของอากาศเป็นไปตามสมดุลอุทกสถิต เมื่อมวลอากาศลอยสูงขึ้น มวลอากาศจะขยายตัวและเย็นลงด้วยอัตราอะเดียแบติกแบบแห้งประมาณ 9.8 องศาเซลเซียสต่อกิโลเมตรจนกระทั่งอิ่มตัว หลังจากนั้นการปลดปล่อยความร้อนแฝงจะลดการเย็นตัวลงเหลืออัตราอะเดียแบติกแบบชื้น ความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิของมวลอากาศกับอุณหภูมิของสิ่งแวดล้อมจะกำหนดแรงลอยตัว ซึ่งควบคุมว่าการเคลื่อนที่ในแนวดิ่งจะถูกหน่วงหรือถูกขยาย
Clinical relevance
การให้เหตุผลทางอุณหพลศาสตร์เป็นพื้นฐานของการพยากรณ์พายุฝนฟ้าคะนองและการพาความร้อนรุนแรง การสร้างแบบจำลองทางฟิสิกส์ และการตีความข้อมูลจากการหยั่งอากาศด้วยเรดิโอซอนด์
History
อุณหพลศาสตร์บรรยากาศพัฒนาขึ้นในช่วงปลายศตวรรษที่สิบเก้าและต้นศตวรรษที่ยี่สิบ เมื่อเฮิรตซ์ ฟอน เบโซลด์ และนอร์มังด์ ได้ประยุกต์ใช้อุณหพลศาสตร์คลาสสิกกับอากาศชื้น ทำให้เกิดแผนภาพอะเดียแบติกและแนวคิดของอุณหภูมิศักย์สมมูล ซึ่งยังคงเป็นหัวใจสำคัญของการวิเคราะห์การพาความร้อน
Key figures
- Craig Bohren
- Julio Iribarne
Related topics
Seminal works
- bohren1998
- iribarne1981
Frequently asked questions
- ทำไมอากาศที่ลอยขึ้นจึงเย็นลงแม้ว่าจะไม่สูญเสียความร้อนให้กับสิ่งแวดล้อม?
- มวลอากาศที่ลอยขึ้นจะขยายตัวต้านกับความดันรอบข้างที่ต่ำกว่า ทำให้เกิดการทำงานและเปลี่ยนพลังงานภายในเป็นงาน ดังนั้นอุณหภูมิของมันจึงลดลงแบบอะเดียแบติกแม้จะไม่มีการแลกเปลี่ยนความร้อนก็ตาม