ОСНОВЫ СТАТИКИ И ОСНОВЫ СТАТИКИ И ТЕРМОДИНАМИКИ ТЕРМОДИНАМИКИ АТМОСФЕРЫАТМОСФЕРЫ

УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ГАЗОВУРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ГАЗОВ

Уравнение, выражающее связь между Уравнение, выражающее связь между переменными величинами переменными величинами (параметрами), определяющими (параметрами), определяющими физическое состояние газа.физическое состояние газа.

Для идеального газа – это уравнение Для идеального газа – это уравнение Менделеева – Клапейрона:Менделеева – Клапейрона:

PPv = (Rv = (R**//μμ) T) T,, гдегде Р – Р – давление газадавление газа, , v – v – удельный удельный

объем, объем, RR**- - универсальная газовая универсальная газовая постоянная, постоянная, μμ – – молекулярный весмолекулярный вес

ГАЗОВАЯ ПОСТОЯННАЯГАЗОВАЯ ПОСТОЯННАЯ Газовая постоянная (ГП) – постоянная Газовая постоянная (ГП) – постоянная

величина, представляет собой работу величина, представляет собой работу расширения газа, нагревающегося на расширения газа, нагревающегося на 11ºº при постоянном давлении. при постоянном давлении.

Универсальная ГП (Универсальная ГП (RR**)) относится к относится к одному молю, т.е. универсальная ГП одному молю, т.е. универсальная ГП численно равна работе, которую численно равна работе, которую может совершить 1 моль газа при может совершить 1 моль газа при нагревании на 1нагревании на 1ºº при постоянном при постоянном давлениидавлении

ГАЗОВАЯ ПОСТОЯННАЯГАЗОВАЯ ПОСТОЯННАЯ Универсальность Универсальность RR** вытекает из закона вытекает из закона

Авогадро, согласно которому моли Авогадро, согласно которому моли всех идеальных газов при одинаковых всех идеальных газов при одинаковых давлении и температуре занимают давлении и температуре занимают одинаковый объем, поэтому одинаковый объем, поэтому RR**

одинакова для всех газов одинакова для всех газов RR** = 8,3= 8,3∙10∙1033 ДжДж//кмоль Ккмоль К

Удельная (или характеристическая) ГП Удельная (или характеристическая) ГП относится к 1 г или 1 кг газа, поэтому относится к 1 г или 1 кг газа, поэтому имеет разные значения для разных имеет разные значения для разных газовгазов

УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ СУХОГО УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ СУХОГО ВОЗДУХАВОЗДУХА

PPv = Rv = RccT T или или P P = = ρρ R RccTT, , или или ρρ = Р = Р//RRccTT, ,

Р – атмосферное давлениеР – атмосферное давление vv – – удельный объем, удельный объем, v = 1/ v = 1/ ρρ RRcc= = RR**//μμ - - удельная газовая постоянная удельная газовая постоянная

сухого воздуха, сухого воздуха, RRcc= 8,3= 8,3∙10∙1033//28, 966 = 287 28, 966 = 287 ДжДж//кг Ккг К

T – T – температура воздухатемпература воздуха ρ ρ – – плотность плотность

УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ВЛАЖНОГО ВОЗДУХАВЛАЖНОГО ВОЗДУХА

PPv = Rv = RccTTвв или или PP = = ρρ R RccTTвв, , или или ρρ = Р = Р//RRccTTвв,, Р – атмосферное давлениеР – атмосферное давление vv – – удельный объем, удельный объем, v = 1/ v = 1/ ρρ RRcc= = RR**//μμ - - удельная газовая постоянная сухого удельная газовая постоянная сухого

воздуха, воздуха, RRcc= 8,3= 8,3∙10∙1033//28, 966 = 287 28, 966 = 287 ДжДж//кг Ккг К

TTвв – – виртуальная температура, Твиртуальная температура, Твв = Т (1+ = Т (1+

0,6080,608qq), где ), где q – q – удельная влажность воздухаудельная влажность воздуха ρ ρ – – плотность плотность

ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ СТАТИКИ ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ СТАТИКИ АТМОСФЕРЫАТМОСФЕРЫ

Уравнение, описывающее изменение Уравнение, описывающее изменение атмосферного давления с высотой в атмосферного давления с высотой в предположении статического равновесия, т.е. предположении статического равновесия, т.е. при равновесии силы тяжести и вертикальной при равновесии силы тяжести и вертикальной составляющей барического градиента:составляющей барического градиента:

dP = dP = - - ρρgdzgdz,, гдегде dP – dP – приращение атмосферного давления, приращение атмосферного давления,

dzdz – приращение высоты, – приращение высоты, ρρ – – плотность, плотность, gg – – ускорение свободного паденияускорение свободного падения

Интегралы основного уравнения статики Интегралы основного уравнения статики называются барометрическими формулами называются барометрическими формулами

ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ Первое начало термодинамики – Первое начало термодинамики –

количественное выражение закона сохранения количественное выражение закона сохранения энергии для термодинамической системыэнергии для термодинамической системы

В метеорологии этот закон записывается в В метеорологии этот закон записывается в виде уравнения притока тепла:виде уравнения притока тепла:

dq = cdq = cppdTdTii – R – RccTTiidP/PdP/P, где, где dqdq – – количество тепла, сообщенное воздушной количество тепла, сообщенное воздушной

частицечастице ссрр- удельная теплоемкость при постоянном - удельная теплоемкость при постоянном

давлениидавлении TTii- - температура воздушной частицытемпература воздушной частицы RRсс- удельная газовая постоянная сухого - удельная газовая постоянная сухого

воздухавоздуха Р – атмосферное давление Р – атмосферное давление

АДИАБАТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫАДИАБАТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ Термодинамический процесс называется Термодинамический процесс называется

адиабатическим, если он протекает без адиабатическим, если он протекает без теплообмена частицы с окружающей средойтеплообмена частицы с окружающей средой

Сухоадиабатический процесс – Сухоадиабатический процесс – адиабатическое изменение состояния сухого адиабатическое изменение состояния сухого или ненасыщенного влажного воздуха, или ненасыщенного влажного воздуха, сухоадиабатический градиент температуры сухоадиабатический градиент температуры γγсс= = 0,980,98º/º/100м100м

Влажноадиабатический процесс – Влажноадиабатический процесс – адиабатический процесс во влажном адиабатический процесс во влажном насыщенном воздухе, влажноадиабатический насыщенном воздухе, влажноадиабатический градиент изменяется в зависимости от градиент изменяется в зависимости от температуры и давления температуры и давления

Схематические примеры неустойчивой, устойчивой и безразличной стратификации в сухом воздухе