Temperatura
Temperatura
powietrza
powietrza
i
i
termodynamika
termodynamika
atmosfery
atmosfery
Wykład 4
Wykład 4
Co to jest temperatura ?????
Co to jest temperatura ?????
Jaka jest różnica pomiędzy
Jaka jest różnica pomiędzy
temperaturą a energią cieplną
temperaturą a energią cieplną
?????
?????
Co to jest ciepło ???
Co to jest ciepło ???
Właściwości cieplne atmosfery
Właściwości cieplne atmosfery
Ciepło właściwe  ilość ciepła, jaką należy
Ciepło właściwe  ilość ciepła, jaką należy
doprowadzić do jednostki masy danej
doprowadzić do jednostki masy danej
substancji, aby ogrzać ją o jeden stopień.
substancji, aby ogrzać ją o jeden stopień.
J/kg K
Pojemność cieplna  określa zdolność
Pojemność cieplna  określa zdolność
ciała do magazynowania energii cieplnej.
ciała do magazynowania energii cieplnej.
J/m3 K
Ciepło właściwe (J/kgK), gęstość (kg/m3) i pojemność cieplna
Ciepło właściwe (J/kgK), gęstość (kg/m3) i pojemność cieplna
(Jm-3K-1) w temperaturze 250C i pod ciśnieniem 1 atm
(Jm-3K-1) w temperaturze 250C i pod ciśnieniem 1 atm
Substancja Ciepło Gęstość Pojemność
właściwe cieplna
Wodór 0,0899 1 283
14275
Woda 4176 997 4 163 472
Śnieg świeży 2090 100 209 000
Śnieg stary 2090 480 1 003 200
Para wodna 1864 0,768 1 432
Gleba gliniasta nasycona wodą 1550 2000 3 100 000
Gleba piaszczysta nasycona wodą 1480 2000 2 960 000
Powietrze 1004 1,290 1 295
Kamienie (śred.) 840 2680 2 251 200
Gleba piaszczysta sucha 800 1600 1 280 000
Cegła (średnio) 750 1830 1 372 500
Miedz
386 8890 3 431 540
Żelazo 451 7860 3 544 860
Rtęć 138 13534 1 867 692
Ciepło właściwe wody
Ciepło właściwe wody
cpv
Substancja
[J�" �"
�"kg-1�"K-1]
�" �"
�" �"
Woda [0� 4221,9
�C]
�
�
Woda [10� 4193,0
�C]
�
�
Woda [15� 4185,5
�C]
�
�
Woda [20� 4173,6
�C]
�
�
Woda [25� 4175,4
�C]
�
�
Woda [50� 4178,4
�C]
�
�
Woda [100� 4212,3
�C]
�
�
Para wodna
2044
[100�
�C]
�
�
PIONOWE ZMIANY
PIONOWE ZMIANY
TEMPERATURY POWIETRZA
TEMPERATURY POWIETRZA
W TROPOSFERZE
W TROPOSFERZE
Stany równowagi
Stany równowagi
termodynamicznej
termodynamicznej
Pionowe zmiany temperatury powietrza w
Pionowe zmiany temperatury powietrza w
troposferze
troposferze
10000
Średnia droga
5000 MAGNETOSFERA
swobodna
cząsteczki
2000
hPa
1000
10-10 100 km
EGZOSFERA
500
10-8
TERMOSFERA
F2 1 km
JONOSFERA
F1
200
10-6
E
10-4
100
D
10-2 1 cm
MEZOSFERA
50
1
O3
10-4 cm
20
STRATOSFERA
100
10
Mt. Everest
Mt. Blanc TROPOSFERA
5
10-5 cm
2 Śnieżka
1
1000
-50� 0� 50� 100�
Pionowe zmiany temperatury powietrza w
Pionowe zmiany temperatury powietrza w
troposferze
troposferze
(jeżeli rozpatrujemy całą masę powietrza)
(jeżeli rozpatrujemy całą masę powietrza)
Pionowy rozkład temperatury powietrza w troposferze
Pionowy rozkład temperatury powietrza w troposferze
opisujemy równaniem:
opisujemy równaniem:
Tz = To - ąZ
ą
ą
ą
Tz = To - ąZ
ą
ą
ą
To - temperatura powietrza przy powierzchni ziemi,
To - temperatura powietrza przy powierzchni ziemi,
Tz - temperatura na wysokości z,
Tz - temperatura na wysokości z,
ą - pionowy gradient temperatury powietrza.
ą - pionowy gradient temperatury powietrza.
Pionowy gradient temperatury powietrza jest równy
Pionowy gradient temperatury powietrza jest równy
pochodnej temperatury T względem wysokości Z.
pochodnej temperatury T względem wysokości Z.
Gradient ten nazywany jest pionowym zwykłym
Gradient ten nazywany jest pionowym zwykłym
gradientem temperatury.
gradientem temperatury.
Pionowe zmiany temperatury powietrza w
Pionowe zmiany temperatury powietrza w
troposferze
troposferze
(w unoszących się porcjach powietrza)
(w unoszących się porcjach powietrza)
Z
C
B
D
A
X
Adiabatyczne rozprężanie i ochładzanie powietrza unoszącego
Adiabatyczne rozprężanie i ochładzanie powietrza unoszącego
się oraz jego sprężanie przez otaczające masy i ogrzewanie
się oraz jego sprężanie przez otaczające masy i ogrzewanie
podczas opadania
podczas opadania
Pionowe zmiany temperatury powietrza w
Pionowe zmiany temperatury powietrza w
troposferze
troposferze
Miarą tempa pionowych zmian temperatury w
Miarą tempa pionowych zmian temperatury w
poruszającym się pionowo powietrzu jest pionowy
poruszającym się pionowo powietrzu jest pionowy
gradient temperatury, ale ze względu na
gradient temperatury, ale ze względu na
adiabatyczny charakter przemian
adiabatyczny charakter przemian
termodynamicznych zachodzących w tych masach
termodynamicznych zachodzących w tych masach
jest on nazywany pionowym adiabatycznym
jest on nazywany pionowym adiabatycznym
gradientem temperatury.
gradientem temperatury.
Gradient Gradient
sucho-adiabatyczny wilgotno-adiabatyczny
0,.. ??? K na 100 m
0,98 K na 100 m
Wartości wilgotno-adiabatycznego pionowego gradientu powietrza
Nasyconego parą wodną (K na 100 m różnicy wysokości)
Tempera Ciśnienie
tura hPa
o
1000 800 600 400 200 100
C
0,99 0,99 0,99 0,98 0,97 0,91
-50
0,98 0,97 0,96 0,94 0,89 0,80
-40
0,94 0,93 0,91 0,87 0,76 0,63
-30
0,88 0,85 0,81 0,75 0,61 0,46
-20
0,78 0,74 0,67 0,60 0,46 0,34
-10
0,66 0,62 0,55 0,47 0,35 0,27
0
0,54 0,50 0,44 0,37 0,29 0,23
10
0,44 0,40 0,36 0,31 0,25 0,20
20
0,37 0,34 0,30 0,27 0,22 0,18
30
0,31 0,29 0,27 0,24 0,20 0,15
40
Warunki równowagi
Warunki równowagi
termodynamicznej powietrza
termodynamicznej powietrza
Trzy stany równowagi powietrza
" obojętna - przesunięta porcja powietrza pozostaje w
" obojętna - przesunięta porcja powietrza pozostaje w
nowym miejscu,
nowym miejscu,
" stała - przesunięta porcja powietrza powraca do
" stała - przesunięta porcja powietrza powraca do
pierwotnej pozycji,
pierwotnej pozycji,
" chwiejna - raz przesunięta porcja powietrza porusza się
" chwiejna - raz przesunięta porcja powietrza porusza się
dalej.
dalej.
Warunki równowagi termodynamicznej powietrza
Warunki równowagi termodynamicznej powietrza
Podstawową regułą określającą stan równowagi
Podstawową regułą określającą stan równowagi
termodynamicznej powietrza jest porównanie gęstości
termodynamicznej powietrza jest porównanie gęstości
przemieszczającego się elementu powietrza �1 z gęstością
�
�
�
przemieszczającego się elementu powietrza �1 z gęstością
�
�
�
otaczających go mas atmosfery �2.
�
�
�
otaczających go mas atmosfery �2.
�
�
�
Jeżeli:
Jeżeli:
1.�1 > �2, to powietrze jest w stanie równowagi stałej,
� �
� �
� �
� �
1.�1 > �2, to powietrze jest w stanie równowagi stałej,
� �
� �
2.�1 = �2, to powietrze jest w stanie równowagi obojętnej,
� �
� �
� �
� �
2.�1 = �2, to powietrze jest w stanie równowagi obojętnej,
� �
� �
3.�1 < �2, to powietrze jest w stanie równowagi chwiejnej.
� �
� �
� �
� �
3.�1 < �2, to powietrze jest w stanie równowagi chwiejnej.
� �
� �
Warunki równowagi powietrza suchego
Warunki równowagi powietrza suchego
Z
�z < �a �z > �a
�z < �a �z > �a
�z = �a
�z = �a
D te te < tz
te te < tz
B te te = tz F te te > tz
te te = tz te te > tz
A te te = tz
te te = tz
A te te = tz E te te = tz
te te = tz te te = tz
te te > tz
te te > tz
te te = tz te te < tz
te te = tz te te < tz
D
B F
Stany równowagi
X
OBOJ
TNEJ STAA
EJ CHWIEJNEJ
Warunki równowagi powietrza suchego
Warunki równowagi powietrza suchego
Z
�z < �a �z > �a
�z < �a �z > �a
�z = �a
�z = �a
D te te < tz
te te < tz
B te te = tz F te te > tz
te te = tz te te > tz
A te te = tz
te te = tz
A te te = tz E te te = tz
te te = tz te te = tz
te te > tz
te te > tz
te te = tz te te < tz
te te = tz te te < tz
D
B F
Stany równowagi
X
OBOJ
TNEJ STAA
EJ CHWIEJNEJ
Warunki równowagi powietrza suchego
Warunki równowagi powietrza suchego
�z < �a �z = �a �z > �a
�z < �a �z = �a �z > �a
�z = 1,5 �a = 1,0
�z = 1,5 �a = 1,0
�z = 0,6 �a = 1,0 �z = 1,0 �a = 1,0
�z = 0,6 �a = 1,0 �z = 1,0 �a = 1,0
19,0
19,0
19,4 B
19,4
B 19,0 19,0 B 19,0 18,5
19,0 19,0 19,0 18,5
A
20,0
A 20,0 20,0 20,0 A 20,0
20,0 20,0 20,0
Z
20,0
20,0
20,0
20,0
21,0 21,0
21,0 21,0
21,0 C 21,0
21,0 21,0
C 20,6 C
20,6
21,5
21,5
Stany równowagi
X
STAA
EJ OBOJ
TNEJ CHWIEJNEJ
Z + 100 m
Z - 100 m
Warunki równowagi powietrza suchego
Warunki równowagi powietrza suchego
Temperatura potencjalna  jest to temperatura jaką
Temperatura potencjalna
miałaby masa powietrza będąca pod ciśnieniem p, w
temperaturze T na pewnej wysokości w atmosferze,
gdyby ją sprowadzić adiabatycznie do poziomu morza.
TZ = -30,0oC
TZ = -6,0oC
4000 m npm
TŚ = +34,0oC
TŚ = +50,0oC
H= 8000 m
Warunki równowagi powietrza suchego
Warunki równowagi powietrza suchego
a temperatura potencjalna
a temperatura potencjalna
Z
Z
�z < �a �z = �a �z > �a
�z < �a �z = �a �z > �a
[m]
�z = 1,5 �a = 1,0
�z = 1,5 �a = 1,0
�z = 0,6 �a = 1,0 �z = 1,0 �a = 1,0
�z = 0,6 �a = 1,0 �z = 1,0 �a = 1,0
Ś
Ś Tz
Tz
500
17,5
12,5
15,0
17,0 22,0 20,0
300
15,5
17,0
21,2 20,0 18,5
18,2
100
19,5
18,5
19,0
20,4 20,0
19,4
20,0
20,0
20,0 20,0 20,0
20,0
0
X
STAA
Y OBOJ
TNY CHWIEJNY
Warunki równowagi powietrza nasyconego
Warunki równowagi powietrza nasyconego
parą wodną
parą wodną
Z
�z < �a �z > �a
�z < �a �z > �a
�z = �a
�z = �a
D te te < tz
te te < tz
B te te = tz F te te > tz
te te = tz te te > tz
A te te = tz
te te = tz
A te te = tz E te te = tz
te te = tz te te = tz
te te > tz
te te > tz
te te = tz te te < tz
te te = tz te te < tz
D
B F
Stany równowagi
X
OBOJ
TNEJ STAA
EJ CHWIEJNEJ
Wartości wilgotno-adiabatycznego pionowego gradientu powietrza
Nasyconego parą wodną (K na 100 m różnicy wysokości)
Tempera Ciśnienie
tura hPa
o
1000 800 600 400 200 100
C
0,99 0,99 0,99 0,98 0,97 0,91
-50
0,98 0,97 0,96 0,94 0,89 0,80
-40
0,94 0,93 0,91 0,87 0,76 0,63
-30
0,88 0,85 0,81 0,75 0,61 0,46
-20
0,78 0,74 0,67 0,60 0,46 0,34
-10
0,66 0,62 0,55 0,47 0,35 0,27
0
0,54 0,50 0,44 0,37 0,29 0,23
10
0,44 0,40 0,36 0,31 0,25 0,20
20
0,37 0,34 0,30 0,27 0,22 0,18
30
0,31 0,29 0,27 0,24 0,20 0,15
40