可压缩大气中的干对流

在我们将上述思想应用于大气对流之前,我们必须考虑到这样一个事实,即大气是一种可压缩流体,其中p = p(p, T);具体来说,由于大气严格遵守完美气体定律,p = p/RT。现在,我们假设大气是干燥的,将考虑水分的影响推迟到第4.5节。包裹和环境压力,温度和密度图4.5中z = z1处为p1 =

p(z1) T1 = T(z1) p1 = p1/RT1。当我们考虑包裹到z2的绝热位移时,与不可压缩情况的真正区别就来了。当包裹上升时,它进入一个较低的压力环境。包裹会适应这种压力;在这个过程中,它会膨胀,对周围做功,从而冷却。因此在位移过程中,即使是绝热的位移,包裹体的温度也不守恒。为了计算图4.5中包裹到达z2时的浮力,我们需要确定其温度的变化情况。

4.3.1.的绝热递减率(在不饱和空气中)

考虑体积为V的单位质量理想气体,使pV = 1。如果一定量的热量,SQ,被包裹与周围环境交换,那么应用热力学第一定律SQ = dU + dW,其中dU是能量的变化量,dW是对外做的功的变化量,4给出了我们

其中cvdT是由于包裹温度变化引起的内能变化,pdV是包裹通过膨胀一定量dV对周围环境做的功。这里cv是等容比热。

我们现在的目标是重新排列式4-11,用dT和dp表示,这样我们就可以推导出dT是如何依赖于dp的。为此,我们注意到,由于pV = 1, dV = d(^ = -1 dp。

波兰物理学家鲁道夫·克劳修斯(1822-1888)开创了热力学科学。他是第一个精确地阐明热力学定律的人,该定律指出宇宙的能量是恒定的,它的熵趋于最大值。SQ = dU + dW这个表达式是克劳修斯提出的。

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