FISICA DE LAS NUBES PRIMER BORRADOR

FISICA DE LAS NUBES

FISICA DE LAS NUBES
WASHINGTON BARROS
Y
DIEGO DE LA TORRE
27-09-2012
Introducción.- En este compendio se ha tomado como base la exposición realizada en [1],
organizando el material de mejor manera en los puntos donde se ha creído conveniente.

I TERMODINÁMICA DEL AIRE SECO
Composición de la atmósfera.
El aire es una mescla de varios gases, de partículas sólidas y líquidas.La composición del aire es
notablemente uniforme, y la proporción relativa de los gases permanentes se mantiene
prácticamente constante, siendo la misma en todas partes y hasta una altura de 90km.
A las partículas sólidas y líquidas, suspendidas en el aire, se las llama aerosoles, de estos un
grupo llamado núcleos higroscópicos, son cruciales en la condensación del vapor de agua en la
atmósfera.En meteorología se estudia el aire como mescla de dos gases ideales, vapor de agua y aire seco a la
mescla de éstos se la llama aire húmedo, cuyas propiedades se obtienen combinando por separado
los comportamientos del aire seco y del vapor de agua.

Ecuación de estado para el aire seco
Como se menciono se estudiará al aire seco como un gas ideal, de esta manera la ecuación de
estado será:
(1.1)Donde:
= volumen específico
= constante universal de los gases
m= masa molecular
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Esta ecuación describe bastante bien y con suficiente precisión en la mayoría de casos para presión
y temperatura usuales en meteorología, para el valor de la constante R’ se hace un promedio del
peso considerando la composición atmosférica.

Primera ley de la termodinámica
De la primera leyde la termodinámica :

; dividiendo para la masa se tiene:
referida a la una unidad de masa.

(1.2)

Trabajo.-El trabajo se considera al expandirse una porción de gas, en ese sentido se tiene:

Nuevamente dividiendo para la masa se tiene:

(1.3)

Donde:
= trabajo específico
Naturalmente este trabajo tiene que ser calculado integrando con la ayuda de un diagrama
termodinámico1 p versus
debido aque:
no es un diferencial exacto y su integración depende
del camino seguido en dicho diagrama.
Definiciones:


La variación de la temperatura es proporcional al calor suministrado:
en 1/(g°C)

(1.4)

c, no es constante para un gas, depende de si se hace o no trabajo durante el calentamiento
del gas.



Si el volumen específico es constante:

(1.5)



Si la presión es constante:

(1.6)

1Diagrama termodinámico: Representación gráfica en donde las coordenadas son variables de estado, el estado de un
gas en equilibrio se representa por un punto, y su evolución por una curva.

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



puesto que si la presión es constante parte del calor será usado en realizar trabajo.

Relación entre

:

Energía interna.- Considerando la ecuación (2.1) y la definición (5.1) para laenergía interna se
tiene:
(1.7)
de donde considerando además la ecuación (3.1) y la primera ley de la termodinámica se puede
expresar:
(1.8)
Procesos especiales
a) Proceso isobárico: p=cte
(1.9)
b) Proceso isotermo: T=cte.
(1.10)
c) Proceso isostérico: V=cte, (

)
(1.11)

d) Proceso adiabático: q=cte
(1.12)
(1.13)
Se presta especial importancia al proceso adiabático, porque muchos procesos decambios de
temperatura que ocurren en la atmósfera pueden considerarse, aproximadamente, como adiabáticos.
Temperatura potencial

:

Es una variable termodinámica que se define partiendo de la ecuación de Poisson (válida para un
proceso adiabático):
(1.14)

3

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Se asume que es la temperatura de una burbuja de aire inicialmente a una temperatura T y una
presión p, sometida a unacompresión o expansión adiabática que la lleva a la presión final de
1000 mb, es una variable de estado por que puede expresarse en función de T y p.

(1.15)
En cualquier proceso adiabático permanece constante, es decir la temperatura potencial es una
propiedad conservativa en un proceso adiabático.
Se puede relacionar la temperatura potencial en función de la entropía:
(1.16)
Donde:
=entropía...