Основной причиной движений в атмосфере является неравномерный приток тепла к ее отдельным частям и к земной поверхности. Неравномерность притока тепла порождает градиенты температуры, а следовательно, плотности и давления. Под влиянием градиента давления возникает движение воздуха. При движении начинают действовать сила трения и сила Кориолиса.[ ...]
Перемещение воздушных масс должно приводить прежде всего к сглаживанию барических и температурных градиентов. Однако на нашей вращающейся планете с различными теплоемкостными свойствами земной поверхности, разным теплозапасом суши, морей и океанов, наличием теплых и холодных океанических течений, полярных и континентальных льдов процессы весьма сложны и зачастую контрасты теплосодержания различных воздушных масс не только не сглаживаются, но и, наоборот, возрастают.[ ...]
В атмосфере постоянно происходят переходы энергии из одного вида в другой. Например, при нагревании и охлаждении воздуха, поглощении им лучистой энергии, при фазовых переходах содержащейся в атмосфере и на земной поверхности влаги, при преобразовании кинетической и потенциальной энергии и т.д.[ ...]
Начнем с рассмотрения основных законов термодинамики атмосферы для сухого воздуха. Под сухим воздухом впредь будем понимать атмосферный воздух как смесь постоянных газов и водяного пара, если пар не достигает состояния насыщения.[ ...]
Основной закон термодинамики — первое начало — есть математическое выражение закона сохранения энергии; он гласит: невозможно возникновение или уничтожение энергии, а возможен лишь переход одних видов энергии в другие. Л. Т. Матвеев приводит прекрасную формулировку этого закона, высказанную более 250 лет назад М. В. Ломоносовым: «Все перемены, в натуре случающиеся, также суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимется, столько присовокупится к другому. Сей всеобщий естественный закон простирается и в самые правила движения, ибо тело, движущее своею силой другое, столько же оныя у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает».[ ...]
Рассмотрим это на примере притока тепла. Ограничим условия квазистатичными. Квазистатичным называется процесс, в ходе которого параметры (р;, р1 Т) находящейся в покое термодинамической системы на каждом шагу мало отличаются от параметров окружающей систему среды (ре, ре, Т). Такое состояние возможно лишь в тех случаях, когда изменения в системе происходят столь медленно, что система успевает адаптироваться к меняющимся внешним условиям. Это значит, что скорость перехода системы из одного состояния в другое должна быть меньше скоростей выравнивания термодинамических характеристик (например, давления и температуры).[ ...]
Внутренняя энергия системы равна сумме кинетической энергии хаотического движения микрочастиц (молекул, атомов, ионов, свободных электронов и др.), потенциальной энергии взаимодействия этих частиц, энергии взаимодействия атомов или ионов в молекулах, энергии электронных оболочек атомов и ионов, внутриядерной энергии и энергии электромагнитного излучения.[ ...]
Внутренняя энергия может быть определена с точностью до постоянного слагаемого ¿70, которое невозможно найти методами термодинамики. Но в этом и нет особой необходимости, так как в термодинамике обычно мы имеем дело не с абсолютными значениями внутренней энергии систем, а с изменениями ее при различных процессах. В этом случае для удельных значений (единичных масс) 110 входит в уменьшаемое и в вычитаемое и на разности А11 не сказывается. При отсутствии макроскопических движений в системе изменение ее полной энергии равно изменению внутренней энергии, т.е.[ ...]
Тепло £), сообщенное системе, расходуется на увеличение ее внутренней энергии А[/ и на совершение работы А против внешних сил.[ ...]
В общем случае удельная теплоемкость сухого воздуха яляется функцией температуры. Однако в диапазоне температур, наблюдающихся в атмосфере, ее можно считать постоянной, т.е. с„=718 Дж/(кг-К) — удельная теплоемкость при постоянном объеме.[ ...]
Вернуться к оглавлению