Các Quá Trình Đoạn Nhiệt Khô và Ẩm

Cách các khối khí chưa bão hòa và bão hòa thay đổi nhiệt độ khi chúng bay lên hoặc hạ xuống mà không trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh.

Definition

Quá trình đoạn nhiệt là sự thay đổi trạng thái của một khối khí mà không có sự trao đổi nhiệt với môi trường; nó là khô khi không khí chưa bão hòa và ẩm khi sự ngưng tụ giải phóng nhiệt ẩn trong quá trình bay lên.

Scope

Bao gồm suất giảm nhiệt đoạn nhiệt khô, suất giảm nhiệt đoạn nhiệt bão hòa hoặc ẩm, nhiệt độ thế vị và nhiệt độ thế vị tương đương như các đại lượng được bảo toàn, mức ngưng tụ nâng, và vai trò của sự giải phóng nhiệt ẩn trong việc điều chỉnh sự làm mát của khối khí.

Core questions

• Tại sao suất giảm nhiệt đoạn nhiệt khô lại có giá trị cố định khoảng 9.8 độ C trên mỗi kilômét?
• Sự giải phóng nhiệt ẩn làm giảm tốc độ làm mát của quá trình bay lên bão hòa như thế nào?
• Những đại lượng nhiệt động lực học nào được bảo toàn trong chuyển động đoạn nhiệt?

Key theories

Suất giảm nhiệt đoạn nhiệt

Áp dụng định luật thứ nhất cho một khối khí bay lên đoạn nhiệt cho ra một suất giảm nhiệt khô không đổi, và thêm sự giải phóng nhiệt ẩn khi bão hòa cho ra một suất giảm nhiệt ẩm nhỏ hơn, phụ thuộc vào nhiệt độ.

Mechanisms

Khi một khối khí chưa bão hòa bay lên, nó giãn nở và nguội đi theo suất đoạn nhiệt khô được xác định bởi trọng lực và nhiệt dung riêng của không khí. Nhiệt độ thế vị, nhiệt độ mà một khối khí sẽ có nếu được đưa đoạn nhiệt đến một áp suất tham chiếu, được bảo toàn trong quá trình bay lên khô. Khi khối khí đạt đến trạng thái bão hòa ở mức ngưng tụ nâng, sự ngưng tụ giải phóng nhiệt ẩn bù đắp một phần sự làm mát do giãn nở, do đó suất đoạn nhiệt ẩm nhỏ hơn và thay đổi theo nhiệt độ; nhiệt độ thế vị tương đương được bảo toàn trong suốt quá trình ẩm này.

Clinical relevance

Các khái niệm đoạn nhiệt được sử dụng để ước tính độ cao đáy mây, dự đoán sự làm mát và ấm lên đối lưu, và theo dõi các khối khí trên biểu đồ nhiệt động lực học.

History

Sự phân biệt giữa các quá trình đoạn nhiệt khô và đoạn nhiệt ẩm giả và đại lượng bảo toàn nhiệt độ thế vị tương đương đã được von Bezold và Normand phát triển vào khoảng đầu thế kỷ XX và vẫn là nền tảng cho khí tượng học đối lưu.

Key figures

• Wilhelm von Bezold
• Craig Bohren

Seminal works

• bohren1998
• iribarne1981

Frequently asked questions

Tại sao suất giảm nhiệt đoạn nhiệt ẩm lại nhỏ hơn suất giảm nhiệt khô?

Khi không khí bão hòa bay lên, hơi nước ngưng tụ và giải phóng nhiệt ẩn, bù đắp một phần sự làm mát do giãn nở, do đó không khí bão hòa nguội đi chậm hơn theo độ cao so với không khí khô.