Nhiệt động lực học khí quyển
Ứng dụng các định luật nhiệt động lực học vào không khí, điều chỉnh nhiệt độ, áp suất, độ ẩm và năng lượng của các chuyển động thẳng đứng.
Definition
Nhiệt động lực học khí quyển là một nhánh của vật lý khí quyển áp dụng các định luật nhiệt động lực học vào không khí và hơi nước để mô tả trạng thái, năng lượng và các biến đổi pha của chúng.
Scope
Lĩnh vực này bao gồm hành vi nhiệt động lực học của không khí khô và ẩm: các định luật khí và cân bằng thủy tĩnh, định luật thứ nhất áp dụng cho các khối khí đang bay lên và hạ xuống, các quá trình đoạn nhiệt và suất giảm nhiệt độ, nhiệt động lực học của các thay đổi pha của nước, độ ổn định tĩnh và năng lượng của đối lưu, và các biểu đồ nhiệt động lực học được sử dụng để phân tích các dữ liệu đo đạc khí quyển.
Sub-topics
Core questions
- Một khối khí đang bay lên nguội đi như thế nào, và độ ẩm làm thay đổi tốc độ này như thế nào?
- Điều gì quyết định liệu khí quyển chống lại hay ủng hộ chuyển động thẳng đứng?
- Năng lượng có sẵn cho đối lưu được chẩn đoán từ hồ sơ nhiệt độ và độ ẩm như thế nào?
Key theories
- Định luật thứ nhất áp dụng cho các khối khí
- Việc coi một khối khí là một hệ nhiệt động lực học liên hệ sự thay đổi nhiệt độ của nó với công thực hiện trong quá trình giãn nở và với nhiệt ẩn được giải phóng do ngưng tụ, tạo ra suất giảm nhiệt độ đoạn nhiệt khô và ẩm.
- Lý thuyết khối khí về độ ổn định
- Việc so sánh nhiệt độ của một khối khí bị dịch chuyển với môi trường của nó xác định lực nổi và do đó là độ ổn định tĩnh, cơ sở để chẩn đoán đối lưu.
Mechanisms
Không khí tuân thủ chặt chẽ định luật khí lý tưởng, và cấu trúc áp suất thẳng đứng của nó tuân theo cân bằng thủy tĩnh. Khi một khối khí bay lên, nó giãn nở và nguội đi theo suất giảm nhiệt độ đoạn nhiệt khô khoảng 9,8 độ C trên mỗi kilômét cho đến khi bão hòa, sau đó sự giải phóng nhiệt ẩn làm giảm tốc độ nguội đi xuống suất giảm nhiệt độ đoạn nhiệt ẩm. Sự khác biệt giữa nhiệt độ của một khối khí và nhiệt độ môi trường xung quanh nó quyết định lực nổi của nó, kiểm soát xem các dịch chuyển thẳng đứng bị dập tắt hay khuếch đại.
Clinical relevance
Lý luận nhiệt động lực học là cơ sở cho việc dự báo giông bão và đối lưu mạnh, việc xây dựng vật lý mô hình, và việc giải thích các dữ liệu đo đạc bằng radiosonde.
History
Nhiệt động lực học khí quyển phát triển mạnh mẽ vào cuối thế kỷ XIX và đầu thế kỷ XX khi Hertz, von Bezold và Normand áp dụng nhiệt động lực học cổ điển vào không khí ẩm, tạo ra biểu đồ đoạn nhiệt và khái niệm nhiệt độ thế năng tương đương vẫn là trung tâm của phân tích đối lưu.
Key figures
- Craig Bohren
- Julio Iribarne
Related topics
Seminal works
- bohren1998
- iribarne1981
Frequently asked questions
- Tại sao không khí bay lên lại nguội đi ngay cả khi không mất nhiệt ra môi trường xung quanh?
- Một khối khí bay lên giãn nở chống lại áp suất môi trường xung quanh thấp hơn, thực hiện công và chuyển đổi năng lượng bên trong thành công, do đó nhiệt độ của nó giảm đoạn nhiệt ngay cả khi không có trao đổi nhiệt.