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1 Aula anterior: Composição da atmosfera: do que é composta; fontes e sumidouros; como alcançou o estado atual. Breve discussão sobre pressão, densidade, temperatura. Esta Aula: Temperatura, pressão e densidade em maior detalhe. Discutir como são medidas. Discutir a relação entre estas quantidades. Estrutura vertical nas camadas atmosféricas; Calor sensível; calor latente; Transferência de calor; Vamos focalizar mais na pressão quando discutimos os sistemas de vento. Próxima aula: Radiação (lembre-se o entendimento das noções básicas é essencial para o entendimento da atmosfera).

2 Pressão As moléculas que colidem com um objeto criam uma força sobre o objeto Pressão é a força aplicada por unidade de área P = Força/Área; força = massa x gravidade Qual caixa está exercendo maior pressão sobre o chão? 1 kg 1 kg

3 Densidade Mesmo número de moléculas e massa Amostra 1 Amostra 2 Amostra 1 ocupa mais espaço Amostra 2 ocupa menos espaço Amostra 2 é mais densa do que a amostra 1 menos densa mais densa

4 Pressão e Densidade Gravidade mantém a maior parte do ar perto da superfície O peso da coluna de ar é a pressão em um determinado ponto

5 Como medimos a pressão? Valor ao Nível do Mar Unidades de Pressão: (média) 1 atmosfera (atm) 760 mm de mercúrio (mmhg) 1013,25 millibares (mb) 1 mb = 1 hpa = 100 Pa 1 Pa = 1 N m -2 = 1kg m s -2 m -2 Por que a pressão diminui com a altitude? Lembre-se: Pressão = massa*gravidade/unidade de área Conforme você sobe, tem menos massa sobre você.

6 Balanço Hidrostático O ar é sempre atraído para baixo pela força da gravidade. Existe um balanço entre a gravidade e o gradiente de pressão. ρg P/ z = - ρg P/ z O que é o gradiente de pressão? Empurra o ar da pressão alta para a baixa.

7 Estrutura Vertical O globo é enorme, mas a atmosfera é bastante rasa. Considere Em geral, 15% da massa da atmosfera está sob nossos pés. No topo do Evereste (10 km), você está acima de 50% da massa da atmosfera. Você está mais próximo do espaço livre do que de Campinas!

8 O que é Temperatura do Ar? Temperatura é uma medidade de energia cinética (movimento) das moléculas do ar K.E. = ½ mv 2 m = massa, v = velocidade Assim temperatura é uma medida da velocidade das moléculas do ar A sensação de calor é criada pelo fato das moléculas do ar golpearem e saltarem da superfície da nossa pele Quanto mais quente, as moléculas se movem mais rapidamente de maneira desordenada, havendo um maior número de colisões com sua pele por unidade de tempo

9 Como medimos a Temperature? Termômetro convencional - Líquido dentro de um recipiente de vidro (Hg). Termômetros electrônicos - mede a resistência num metal como o níquel. Sensoriamento remoto usando a radiação emitida pelo ar e pela superfície (de satélites). Unidades de temperatura: Celsius, Kelvin Qual é a temperatura mais baixa possível? Por que?

10 A atmosfera está disposta em camadas de acordo com sua estrutura de temperatura Em algumas camadas, a temperatura aumenta com a altura Em outras, ela decresce com a altura ou é constante Por que? pausa é um nível esfera é uma camada

11 Densidade do ar ρ = massa/volume Densidade pode ser determinada por sua relação com a pressão e a temperatura: Equação de estado (Lei dos Gases Ideais): P = ρ R T (Pressão igual ao produto da densidade, constante universal dos gases e temperatura absoluta) ρ = P = massa = [g/cm 3 ] RT volume Relação direta entre densidade e pressão P aumenta; ρ aumenta se T é constante) Relação inversa entre densidade e temperatura (T aumenta; ρ diminui se P fica constante) Relação direta entre temperatura e pressão (T aumenta; P aumenta se ρ fica constante)

12 Por que nos importamos com a densidade? As variações na densidade direcionam os movimentos na atmosfera e no oceano, tanto na vertical quanto na horizontal. A densidade baixa do ar é definida quando é cercada por ar mais denso. -Pense numa bola submersa na água. O que acontece quando você a solta?

13 Processos de Transferência de Calor Condução quando moléculas transferem energia por contacto com outras moléculas. O ar é um mau condutor de calor. Convecção quando um fluido move-se de um lugar para outro carregando sua energia. Em ciências atmosféricas, a convecção é usualmente associada a movimento vertical do fluido (ar ou água). A advecção é a componente horizontal do significado clássico de convecção. Radiação A tranferência de calor por radiaçlão não requer o contato entre corpos, nem requer o movimento de um fluido. É realizada por ondas eletromagnéticas.

14 Radiação Ondas Eletromagnéticas 1 µm = 0, m = 10-6 m λ: comprimento de onda ν: freqüência da onda As ondas eletromagnéticas não precisam de moléculas para se propagar. No vácuo, viajam com uma velocidade constante de 3 x 10 8 m/s. E = hν - conforme λ decresce, a energia carregada pela onda aumenta. h = 6,625 x Js constante de Planck

15 Temperatura, Densidade e Convecção Aquecimento da superfície da Terra durante o dia causa a mistura do ar

16 Convecção Úmida Ocorrência diurna nos planaltos durante o verão causada pelo aquecimento da superfície - bolhas que sobem por empuxo e liberam calor latente nas nuvens

17 Mudança de fase da água

18 Conceitos termodinâmicos importantes Variação Adiabática da temperatura Processo Adiabático: Quando um material muda seu estado físico, tal como a temperatura, sem que nenhum calor seja adicionado ou removido dele. Exemplo: a) Ar ascendente resfria-se; air subsidente se aquece (não confundir com: b) convecção).

19 Outros conceitos termodinâmicos importantes Capacidade térmica: Quantidade de calor necessária para que a temperatura de uma substância varie (e.g., a água tem uma capacidade térmica maior do que o ar) Calor Sensível: O calor que pode ser medido por um termômetro. Calor Latente: Calor requerido para que uma substância mude de um estado a outro. (e.g., calor pode ser adicionado ou removido de uma substância sem que sua temperatura varie)

20 Energia Necessária 80 cal (1 g) gelo líquido (condensação) 600 cal (1 g) líquido vapor (evaporação) 1 cal (1 g) líquido líquido (T = 1 o C) 680 cal (1 g) gelo vapor (sublimação) (1 g) vapor 680 cal gelo (deposição)

21 SUBSTÂNCIA CALOR ESPECÍFICO(cal/g o C) Alumínio... 0,226 Bronze... 0,088 Cobre... 0,093 Gelo... 0,53 Ferro... 0,11 Chumbo... 0,03 Vidro... 0,15 Zinco ,093 Água... 1,0 Água Salgada... 0,95 Amoníaco... 1,07 Mercúrio... 0,033 Álcool... 0,6