GF3003 Ciencias Atmosféricas. Laura Gallardo Klenner Departamento de Geofísica de la Universidad de Chile Primavera 2010

Transcripción

1 GF3003 Ciencia Atmoférica Laura Gallardo Klenner Departamento de Geofíica de la Univeridad de Chile Primavera 2010

2 HOY: Termodinámica (3) Nube y precipitación Entropía y ecuación de Clauiu- Clapeyron Qué e requiere para que e forme una nube y llueva?

3 Má epecíficamente, el/la alumno/a erá capaz de: Definir el concepto de entropía y relacionarlo con cambio de fae Reconocer y hacer aplicacione imple de la ecuación de Clauiu- Clapeyron Familiarizare con la fenomenología de nube y u formación LGKfin 2010

4 Vimo que el cambio vertical de temperatura i hay calor latente Si hay liberación/conumo de calor latente: dq c dt dz p d dt L c g c v p p gdz d dz L c L v p v d dz d Y i no hay precipitación

5 Pero NO todo lo proceo on reverible... Proceo reverible Proceo irreverible

6 Y parte del calor e pierde Cuál e el máximo de calor convertible en trabajo?

7 Entropía à la Carnot (1) Cuál e la máquina má eficiente que e puede tener para realizar un trabajo? Sadi Carnot ( )

8 Carnot ecribió...2 do principio El trabajo realizado por la máquina de Carnot e debe a la tranferencia de calor entre el reervorio cálido y el frío Se realiza trabaja ólo i la tranferencia e dede lo cálido a lo frío Sadi Carnot ( )

9 Entropía à la Clauiu (2) E una variable de etado termodinámico y que indica el máximo calor diponible para realizar un trabajo... entropein= Verwandlunginhalt T dq 0 Rudolf Clauiu ( )

10 Clauiu habría dicho... La energía del univero e contante La entropía del univero tiende a un máximo (crece)

11 Entropía à la Kelvin No proce i poible whoe ole reult i the aborption of heat from a reervoir and the converion of thi heat into work. Lord Kelvin ( )

12 Entropía à la Boltzmann (4) Defínae la entropía como una medida de la probabilidad de ocurrencia de un macroetado de un ga ideal de N partícula idéntica S k B ln N i1 N! N i! Indicador de orden en un itema Ludwig Eduard Boltzmann ( )

13 Y qué tiene que ver eto con nube y lluvia? En un proceo reverible: Lo proceo adiabático on ientrópico ( contante)

14 Para una tranformación de fae, por ejemplo, evaporación/condenación d dq T L T Hay un cambio en el etado de agregación u orden del itema

15 Por otro lado, la entalpía... h u 1er ppo p dh dq dp A partir de lo anterior, e puede demotrar que: dp dt d d p d dq T L T de dt T ( v L l ) L T v

16 Ecuación de Clauiu-Clapeyron de dt T ( v L l ) L T v Y como: e v R v T 1 e de dt L R T v 2

17 Ecuación de Clauiu-Clapeyron (Tranf. de fae aociado a nube) 1 e e de dt L R T v exp T

18 Entonce, el ciclo de Carnot... El trabajo realizado correponde al área en el diagranma p-v y Q1/Q2=T1/T2

19 Entonce para una tranformación de fae NB. Recordar que el calor latente e define como aquel requerido para cambiar el etado de agregación in cambiar la temperatura

20 Función de Gibb g u p T h T La función de Gibb e igual para amba fae (conervativa) de dt T( v L l ) L T Joiah Willard Gibb v

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22 Qué e una nube? Mezcla de gota de agua líquida y/o hielo y aire upendida en la atmófera LGK GF3022

23 Para formar nube (cálida) hay que alcanzar aturación... Fácil, hay que enfriar el aire...típicamente por aceno 1 e de dt El agua pura no forma gota fácilmente...e puede alcanzar HR~600% y el agua no condena ni forma gota L R T v 2

24 Para que llueva, la gota deben crecer...mucho

25 Cómo on la gota de una nube? Squire, 1958 Tellu 10, 258

26 Compoición de la gota y u precurore

27 Según la diponibilidad, el tamaño y la compoición de lo aeroole lo proceo cambian... Kaufman et al, Nature 419, (12 September 2002) doi: /nature01091

28 Introducción a la Meteorología Nube UCH/FCFM/DGF R. Garreaud Cuánto pea una nube? Cuánta agua tiene? Exprear en término de un camión y una picina Conc. de gota: 100 gota/cm 3 H=500 m R=1 km Tamaño de una gota: 0.01 mm = 1e-5 m Denidad del aire: 1 kg/m 3 Denidad del agua: 1000 kg/m 3

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30 Obligatoria Lectura de hoy Wallace and Hobb, Atmopheric Science (Ch. 3.7; Ch. 6.2) Má obre termodinámica GF500 (Fíica de la Atmófera) Má obre aeroole y CCN GF3022 (Contaminación atmoférica) Próximamente... Nube y precipitación (Diagrama de Kölher)