Основы статики и термодинамики атмосферы презентация

ОСНОВЫ СТАТИКИ И ТЕРМОДИНАМИКИ АТМОСФЕРЫ

УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ГАЗОВ Уравнение, выражающее связь между переменными величинами (параметрами), определяющими физическое состояние газа. Для идеального газа – это уравнение Менделеева – Клапейрона: Pv = (R*/μ) T, где Р – давление газа, v – удельный объем, R*- универсальная газовая постоянная, μ – молекулярный вес

ГАЗОВАЯ ПОСТОЯННАЯ Газовая постоянная (ГП) – постоянная величина, представляет собой работу расширения газа, нагревающегося на 1º при постоянном давлении. Универсальная ГП (R*) относится к одному молю, т.е. универсальная ГП численно равна работе, которую может совершить 1 моль газа при нагревании на 1º при постоянном давлении

ГАЗОВАЯ ПОСТОЯННАЯ Универсальность R* вытекает из закона Авогадро, согласно которому моли всех идеальных газов при одинаковых давлении и температуре занимают одинаковый объем, поэтому R* одинакова для всех газов R* = 8,3∙103 Дж/кмоль К Удельная (или характеристическая) ГП относится к 1 г или 1 кг газа, поэтому имеет разные значения для разных газов

УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ СУХОГО ВОЗДУХА Pv = RcT или P = ρ RcT, или ρ = Р/RcT, Р – атмосферное давление v – удельный объем, v = 1/ ρ Rc= R*/μ - удельная газовая постоянная сухого воздуха, Rc= 8,3∙103/28, 966 = 287 Дж/кг К T – температура воздуха ρ – плотность

УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА Pv = RcTв или P = ρ RcTв, или ρ = Р/RcTв, Р – атмосферное давление v – удельный объем, v = 1/ ρ Rc= R*/μ - удельная газовая постоянная сухого воздуха, Rc= 8,3∙103/28, 966 = 287 Дж/кг К Tв – виртуальная температура, Тв = Т (1+ 0,608q), где q – удельная влажность воздуха ρ – плотность

ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ СТАТИКИ АТМОСФЕРЫ Уравнение, описывающее изменение атмосферного давления с высотой в предположении статического равновесия, т.е. при равновесии силы тяжести и вертикальной составляющей барического градиента: dP = - ρgdz, где dP – приращение атмосферного давления, dz – приращение высоты, ρ – плотность, g – ускорение свободного падения Интегралы основного уравнения статики называются барометрическими формулами

ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ Первое начало термодинамики – количественное выражение закона сохранения энергии для термодинамической системы В метеорологии этот закон записывается в виде уравнения притока тепла: dq = cpdTi – RcTidP/P, где dq – количество тепла, сообщенное воздушной частице ср- удельная теплоемкость при постоянном давлении Ti- температура воздушной частицы Rс- удельная газовая постоянная сухого воздуха Р – атмосферное давление

АДИАБАТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ Термодинамический процесс называется адиабатическим, если он протекает без теплообмена частицы с окружающей средой Сухоадиабатический процесс – адиабатическое изменение состояния сухого или ненасыщенного влажного воздуха, сухоадиабатический градиент температуры γс= 0,98º/100м Влажноадиабатический процесс – адиабатический процесс во влажном насыщенном воздухе, влажноадиабатический градиент изменяется в зависимости от температуры и давления

Схематические примеры неустойчивой, устойчивой и безразличной стратификации в сухом воздухе