Termodinamica

CAPITULO TRES TERMODINAMICA DE LA ATMOSFERA

Contenido Capitulo 3 3.1 Introducción 3.2 Termodinámica del Aire Seco 3.2.1 Ecuación de Estado para el Aire Seco 3.2.2 Primera Ley de la Termodinámica 3.2.3 Procesos Termodinámicos 3.2.4 Temperatura Potencial 3.3 Termodinámica del Aire Húmedo 3.3.1 Ecuación de Estado para el Vapor de Agua 3.3.2 Contenido de Humedad en el Aire 3.3.3 TemperaturasRelacionadas con la Humedad 3.3.4 Diagramas Termodinámicos 3.4 Estructura Vertical de las Variables Termodinámicas 3.4.1 Balance Hidrostático 3.4.2 Proceso Adiabático 3.4.3 Proceso Pseudo-Adiabático 3.4.4 Equilibrio Térmico 3.5 Resumen

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3.1 INTRODUCCION El aire en la troposfera es una mezcla de distintos gases, algunos de ellos tienen una concentración constante, como el N2 y el O2, mientrasque otros son altamente variables, particularmente el vapor de agua, el cual tiene un papel fundamental en la absorción de radiación infrarroja y en la gran mayoría de los procesos meteorológicos. En este capítulo se discutirán los fundamentos de la teoría termodinámica, así como los principios termodinámicos que rigen los distintos fenómenos meteorológicos. Por termodinámica se entiende el estudiode los procesos de transformación entre el calor y las otras formas de energía. En el caso particular de los procesos termodinámicos en la atmósfera, se estudian los cambios entre la energía calorífica y la energía mecánica. Es bien conocido que cuando un gas se comprime, aumenta su temperatura y se calienta; mientras que cuando el gas se expande, disminuye su temperatura y se enfría. Esteenfriamiento o calentamiento del gas, puede ocurrir sin un intercambio de calor neto con el medio ambiente que rodea al gas. En efecto, una variación del volumen, dada por una expansión o compresión de un gas, corresponde a un proceso definido de enfriamiento o calentamiento, que siempre contiene la misma cantidad de calor, para la misma temperatura inicial. Este proceso de calentamiento o enfriamientode un gas aislado térmicamente del medio ambiente, se conoce como un proceso adiabático. En general, cuando los procesos se desarrollan rápidamente, el intercambio de calor entre las parcelas de aire y el medio ambiente es prácticamente despreciable, por lo que se puede considerar como un proceso adiabático. En el capítulo 1 se discutió la variación, de la composición y de la densidad de losconstituyentes atmosféricos con la altura. La diferente densidad atmosférica con la altura está asociada a una disminución de la presión atmosférica; si la parcela sube, encontrará una menor presión en el medio ambiente, expandiéndose, mientras que si la parcela baja, la presión del medio ambiente será mayor, por lo que la parcela será comprimida. Si este proceso es adiabático, entonces un cambio depresión conforme cambia la altura, producirá un cambio en la temperatura. Dentro de las parcelas de aire húmedo, se puede presentar el siguiente proceso: conforme estas ascienden, se expanden, se enfrían y disminuye su temperatura; por lo que su contenido de humedad, en forma de vapor de agua, se puede condensar, de tal manera que se genera una transferencia de calor latente desde el vapor de aguacondensado hacia la parcela de aire; si este proceso es suficientemente rápido, se puede decir que se tiene un proceso pseudo-adiabático, pues no se presenta intercambio con el medio ambiente. Por el contrario, si el proceso es suficientemente lento, entonces habrá un intercambio de calor entre las parcelas de aire y el medio ambiente, por lo que en este caso se dice que es un proceso diabático.Conforme la temperatura de las parcelas de aire disminuye, estas pierden la capacidad de retener la humedad en forma de vapor de agua. Por el contrario, conforme la temperatura aumenta, entonces la humedad se podrá evaporar mas fácilmente, por lo que las parcelas de aire podrán contener una mayor cantidad de vapor de agua. En los polos, por ejemplo, donde la temperatura del aire es muy baja, la...