Procesele de incalzire si de racire ale aerului

Procesele de incalzire si de racire ale aerului

Aerul, avand o conductibilitate termica redusa (l foarte mic) nu retine decat intr-o foarte mica masura, energia solara ce strabate atmosfera. Incalzirea aerului in mod direct este foarte mica.

Aerul se incalzeste prin schimburile energetice cu suprafata Pamantului.

Procesele de incalzire si racire ale atmosferei sunt:

conductibilitatea termica;

radiatia termica;

convectia termica;

advectie;

turbulenta;

schimbarii ale starii de agregare.

Prin fenomenul de conductibilitate termica primul proces de incalzire al aerului, transmiterea de caldura este nesemnificativa, manifestandu-se pe o inaltime de doar cativa milimetri. Fluxul termic care se indreapta de la suprafata solului catre atmosfera, prin conductibilitatea termica, va fi:

Q_cond = - (l 10^-5cal/cm s grd)

avand o valoare foarte redusa, datorita coeficientului de conductibilitate termica foarte mic.

Al doilea proces este radiatia termica.

Pamantul emite radiatii termice, de lungimi de unda mari, care sunt absorbite de atmosfera, mai ales cand acesta contine o cantitate mare de vapori de apa.

Q_rad = - j unde j este coeficientul de conductibilitate prin radiatie. Valoarea lui depinde foarte mult de cantitatea de vapori de apa din atmosfera, avand o valoare medie de 0,2 cal/cm². s. grd.

Prin acest proces, caldura patrunde mai sus in atmosfera, decat in primul caz. Din punct de vedere cantitativ, procesul de radiatie este nesemnificativ, importanta lui constand in continuitatea sa atat ziua cat si noaptea.

Convectia termica, cel de al treilea proces de incalzire al aerului, este cel mai important. Convectia termica este un fenomen specific fluidelor. Aerul se incalzeste in contact cu solul, pe suprafe mari prin conductibilitate si radiatie. Densitatea lui scade, ceea ce ii provoaca o miscare ascensionala transportand caldura la inaltime. La un moment dat aerul cald sufera o destindere adiabatica, racindu-se. Aerul racit va incepe o miscare descensionala si ciclul se repeta.

Aceste circuite se extind din ce in ce mai mult asupra unor straturi mai groase de aer.

Transformarea termodinamica care se petrece in interiorul aerului cald ascensional, poate fi asemuita cu transformarea adiabatica; in momentul destinderii adiabatice, aerul se raceste prin pierderea de energie interna necesara lucrului mecanic de destindere.

Conform primului principiu al termodinamicii:

dQ=du+pdV  cu semnificatiile:

-dQ=cantitatea de caldura schimbata cu exteriorul;

-du=nCvdT=variatia de energie interna;

-pdv=lucrul mecanic efectuat de/sau asupra sistemului.

In cazul transformarii adiabatice se obtin:

O=du+pdv

Marimea pdv este pozitiva, deoarece aerul se destinde si volumul final este mai mare decat volumul initial. In mod evident dT=T_final-T_initial este mai mic decat zero, deci T_f<T_I si gazul se raceste.

Convectia este mai intensa ziua decat noaptea; vara decat iarna, deasupra uscatului decat deasupra apelor.

Convectia orizontala sau advectia este fenomenul de deplasare a unei cantitati de aer cald, dintr-o parte in alta pe orizontala. Cauza acestei miscari este o forta de gradient baric.

Advectia este un fenomen mai amplu decat convectia verticala, contribuind esential la transportul de caldura pe orizontala.

In al treilea rand, propagarea caldurii spre inaltimi, se face prin fenomenul de turbulenta atmosferica.

Prin turbulenta aerul se amesteca si se produce o buna realizare a schimbului de caldura intre sol si atmosfera. Prin convectie si turbulenta cantitatea de caldura transferata este de aproximativ 500.000 de ori mai mare decat prin conductibilitate termica.

Turbulenta este rezultatul frecarilor maselor de aer cu suprafata Pamantului, cu diverse obiecte (constructii, orase) si a incalzirii diferite a diverselor zone sau obiecte terestre. La contactul cu acestea, aerul se incalzeste diferit aparand miscari dezordonate pe verticala si orizontala. Deasupra uscatului, va exista o turbulenta mai accentuata a aerului decat deasupra marilor intinderi de apa.

Schimbarea starii de agregare a apei continute in atmosfera, prin caldura latenta de vaporizare si condensare produce racirea sau incalzirea considerabila a atmosferei.

La fiecare transformare de faza, 1 g de apa foloseste o cantitate de energie de 2508 j. Astfel, la trecerea unui gram de apa in stratul de vapori se consuma 2508 j, atmosfera racindu-se. Invers, la trecerea din stare de vapori in stare lichida, pentru fiecare gram de apa se elibereaza o cantitate de energie de 2508 j, atmosfera incalzindu-se astfel.

Temperatura aerului, este considerata temperatura adevarata, atunci cand este masurata in conditii speciale, adica in adapostul meteorologic.

Evident, aceasta temperatura nu corespunde strict conditiilor in care se dezvolta plantele, si nici senzatiilor de caldura sau frig pe care le simt vietuitoarele.

Temperatura aerului joaca un rol deosebit pentru fiecare specie si pentru fiecare etapa de dezvoltare. Exista limite minime si maxime de temperatura in afara carora plantele au de suferit, dar nu mor, la fel cum exista limite de temperatura in afara carora functiile vitale ale plantelor inceteaza. Temperatura este cea care determina avansul sau intarzierea fazelor fenologice.

Temperaturile efective reprezinta sumele constante de temperatura necesare parcurgerii fiecarei faze, ele determinand eficacitatea dezvoltarii. Aceste sume se calculeaza de la zero biologic specific fiecarei plante (5⁰C pentru grau si floarea soarelui, 7⁰C pentru cartofi, 10⁰C pentru porumb, etc.).

Cresterea temperaturii produce o intensificare a proceselor vitale, doar dusa pana la o anumita limita de temperatura. Procesele de asimilare se produc doar in prezenta luminii, pe cand respiratia se produce atat la lumina cat si la intuneric. In consecinta acumlarea substantelor organice depinde atat de temperaturile nocturne cat si de cele diurne.

Temperaturile de 14⁰-16⁰C din timpul noptii favorizeaza acumularea intensa a masei organice, cu conditia unor temperaturi zilnice de 20⁰-30⁰C. In zilele reci si insorite de la sfarsitul toamnei se produce un proces de deshidratare al plantelor si o crestere a concentratiei zaharurilor, si astfel tesuturile devin mai rezistente pentru temperaturi mai joase.